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Relatório de Estágio apresentado à Escola Superior de Educação do Instituto Politécnico de Castelo Branco para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Educação Pré-Escolar e Ensino do 1.º Ciclo do Ensino Básico.
Nas últimas décadas tem-se assistido à automatização generalizada da maioria dos sistemas e equipamentos que nos rodeiam no dia-a-dia, desde os sistemas industriais, de transporte, até aos pequenos electrodomésticos. A automatização dos sistemas torna-os mais inteligentes, no sentido de maior capacidade de adaptação operacional e maior eficácia, facilitando e simplificando a sua utilização. O problema que serviu de motivação ao desenvolvimento deste trabalho foi precisamente a automatização de um equipamento de aquecimento de água a gás, conhecido por esquentador doméstico. Neste sentido, o presente trabalho propõe novas estratégias de automatização inteligentes para o controlo de um esquentador, adaptadas à execução em sistemas embutidos de baixo poder de cálculo. Este trabalho suporta a tese de que a utilização de modelos com um elevado nível de interpretabilidade propicia a construção de estruturas com baixa complexidade matemática, potenciando a simplicidade das malhas de controlo. A interpretabilidade dos modelos deste tipo, tipicamente classificados como de caixa cinzenta ou cinzentos, depende do tipo de conhecimentos utilizados e incorporados na sua construção. Existindo, desde modelos construídos e identificados com base em dados de entrada e saída que apresentam baixos níveis de interpretabilidade, passando por modelos baseados em conhecimentos experimentais com níveis de interpretabilidade intermédios até modelos baseados em conhecimentos fenomenológicos que apresentam elevados níveis de interpretabilidade. Com o objectivo de construir modelos para o esquentador com um razoável nível de interpretabilidade são neste trabalho apresentados e explorados três métodos de modelização neuro-difusa (modelização cinzenta escura) orientada por blocos (modelização cinzenta) e híbrida (modelização cinzenta clara). Neste âmbito, são propostos como modelos para o esquentador: o modelo neuro-difuso, Hammerstein adaptativo polinomial/neuro-difuso e híbrido série polinomial/neuro-difuso. Utilizando os referidos modelos são propostas três malhas de controlo baseadas no controlador Smith preditivo, com algumas simplificações que resultam da interpretabilidade dos respectivos modelos, tal como a linearização do esquentador relativamente ao fluxo de gás. Finalmente, os desempenhos dos vários controladores assim como os respectivos níveis de interpretabilidade e de complexidade matemática são comparados. Este trabalho apresenta diversas contribuições ao nível das diferentes abordagens de modelização e da definição de algoritmos de controlo a aplicar num esquentador doméstico: •Definição e identificação do modelo neuro-difuso, dos modelos Hammerstein adaptativo polinomial/neuro-difuso e dos modelos híbridos série polinomial/neuro-difuso, que exploram as várias metodologias de combinação de conhecimentos a priori na sua construção (modelização cinzenta); •Proposta de definição da equação de balanço de energias de um esquentador doméstico; •Proposta de alteração da malha de controlo Smith preditivo de forma a linearizar o sistema relativamente a uma dada variável de entrada; .Apresentação da malha de controlo Smith preditivo para sistemas com múltiplas entradas com diferentes tempos mortos; •Aplicação dos vários modelos cinzentos no controlo automático de um esquentador doméstico, obtendo controladores adaptativos e não adaptativos de complexidade matemática relativamente baixa. Este trabalho disponibiliza uma gama diversificada de soluções de controlo automático para o esquentador com semelhantes níveis de desempenho, mas com diferentes níveis de interpretabilidade e de complexidade matemática. De referir que os testes e as avaliações das soluções de controlo apresentadas, além de simuladas antecipadamente num computador, foram efectuados com dados reais. ABSTRACT: In the last decade, the number of systems and pieces of equipment that surround us in our daily life and are controlled automatically grew tremendously, from industrial systems to airplanes, cars, and even small domestic appliances. Such automatic control makes those systems more intelligent in the sense of higher adaptability to different operational conditions and higher efficiency, facilitating and simplifying their use. The problem that motivated this work was one such case, namely the automatic control of a gas water heating equipment, known as domestic gas heater, for which we propose new intelligent control strategies particularly adapted to be embedded in low processing power systems. Our thesis states that using models with a high level of interpretability leads to models with low mat hematical complexity, thus facilitating the development of simple feedback controllers. These models, typically called grey box models or grey models, have an interpretability that depends on the type of knowledge used and incorporated in their construction. There are models developed and identified based on input/output data that present low interpretability levels, models based on experimental knowledge with medium interpretability levels, and even models based on phenomenological knowledge that present high interpretability levels. In order to develop a model for the gas water heater with a reasonably high interpretability level we present and explore three modelling techniques: the neuro-fuzzy modelling (also called dark grey modelling); the block based modelling (grey modelling); and the hybrid modelling (also referred to as clear grey modelling). From these, we propose the following models for the gas heater: a neuro-fuzzy model, a polynomial/neuro-fuzzy adaptive Hammerstein model and a polynomial/neuro-fuzzy series hybrid model. Using the models referred above, we propose three Smith predictive controllers with a few simplifications that arose from the models interpretability such as the gas heater linearization with respect to the gas flow. Finally, the performance of the three controllers are compared among them as well as the respective levels of interpretability and mathematical complexity. This work presents several contributions in the area of modelling and definition of control algorithms applicable to the control of domestic gas water heaters: · Definition and identification of the neuro-fuzzy model, polynomial/neurofuzzy adaptative Hammerstein models and polynomial/neuro-fuzzy series hybrid models, exploring several methodologies to combine a priori knowledge in their construction (grey modelling); · Proposal for the definition of the energy balance equations in a domestic gas water heater; · Adaptation of the Smith predictive controller on order to linearize the system with respect to a given input; · Formulation of the Smith predictive controller for systems with multiple inputs and different time delays. Beyond the referred contributions, we also present three controllers applied to the domestic gas water heater, one adaptive and two not adaptive, achieving very good results. Despite their similar performance, these control solutions exhibit different levels of interpretability and mathematical complexity as expected. The controllers were previously simulated in a computer but their experimental assessment was carried out with real data.
O Diagnóstico para a Sustentabilidade do Concelho de Castelo Branco tem dois grandes objectivos: - Apresentar um diagnóstico do Concelho, simples e acessível; - Apontar para as Áreas Estratégicas, em que assentará Castelo Branco Agenda XXI, posteriormente validadas pela comunidade/actores locais. Tem como propósito abranger e integrar num mesmo documento uma descrição actual e representativa dos sistemas ambientais, sociais, económicos e institucionais do concelho de Castelo Branco, resultando na identificação das suas potencialidades e fragilidades. Deste modo, obtém-se a definição das oportunidades e ameaças do concelho, de forma a assentar as grandes opções estratégicas do Desenvolvimento Sustentável, através de um modelo – Castelo Branco Agenda XXI. Assim, o Diagnóstico para a Sustentabilidade permite avaliar a realidade concelhia e efectuar uma análise prospectiva, nomeadamente no que respeita à identificação de problemas e oportunidades, em consonância com o já planeado pela CMCB, no sentido do Desenvolvimento Sustentável e da melhoria da qualidade de vida.
Tese de Doutoramento em Psicologia, na especialidade de Psicologia Pedagógica, apresentada à Faculdade de Psicologia e de Ciências da Educação da Universidade de Coimbra, sob a orientação científica do Professore Doutor Manuel Viegas Abreu. No final da Tese de Doutoramento foram incluídos os anexos (p. 440-554).
Trabalho de Projecto apresentado na Escola Superior de Educação do Instituto Politécnico de Castelo Branco para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Educação Especial – Domínio Cognitivo e Motor.
Os objectivos deste trabalho são a calibração e validação do modelo de simulação climática CLIGEN de apoio ao modelo de previsão da erosão do solo WEPP. Para a realização deste trabalho foram utilizados os dados meteorológicos recolhidos no posto meteorológico e na estação experimental de erosão do solo da Escola Superior Agrária de Castelo Branco. Para comparação dos dados simulados pelo CLIGEN com os dados observados, fez-se correr o modelo por um período de cem anos, sendo os resultados obtidos comparados estatisticamente com os observados. Verificou-se que o CLIGEN simula bem os valores médios de precipitação mensal, precipitação diária máxima mensal, precipitação média em dia chuvoso, número de dias de precipitação mensal, mas não os respectivos desvios padrão e distribuição em termos de percentis. Quando se faz correr o modelo CLIGEN com os parâmetros separadamente de anos secos e de anos chuvosos, há melhorias no desempenho do modelo. Foi feita uma proposta de alteração do código do CLIGEN, com desactivação do controlo de qualidade da geração dos números aleatórios pelo CLIGEN e com uma rotina que permite determinar estocasticamente se um ano é seco ou chuvoso. Verificou-se que com esta alteração se conseguiam melhorias no desempenho do CLIGEN, nomeadamente em termos de uma melhor representação da variabilidade. Posteriormente procedeu-se à validação do modelo com as alterações propostas com um novo conjunto de dados meteorológicos recolhido num clima semelhante, tendo-se verificado que o modelo com as alterações propostas tem um desempenho satisfatório.
Trabalho de Projeto apresentado à Escola Superior de Educação de Castelo Branco do Instituto Politécnico de Castelo Branco, para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Intervenção Social Escolar – Especialização em Crianças e Jovens em Risco.
A presente tese teve como principal objectivo ir ao encontro das recomendações propostas nos vários relatórios da Comissão de Especialistas D214 do ERRI, nomeadamente a necessidade da realização e interpretação de ensaios experimentais e de medições em condições normais de serviço a fim de confrontar e validar os resultados de aplicação das diferentes metodologias e averiguar os efeitos que influenciam o comportamento dinâmico de pontes de pequeno e médio vão. As pontes ferroviárias, com vãos inferiores a 40 m, para o tráfego de alta velocidade com velocidades superiores a 200 km/h são estruturas muito sensíveis aos efeitos dinâmicos, para melhor compreensão do comportamento dinâmico deste tipo de estruturas inicialmente são apresentados alguns parâmetros que o influenciam. A realização de uma campanha de medições em vários viadutos ferroviários de pequeno e médio vão permitiu a identificação dos parâmetros modais das estruturas, frequências próprias e amortecimentos, bem como a medição de acelerações verticais no tabuleiro das pontes quando sujeitas à passagem do tráfego real. Numa avaliação numérica preliminar verificou-se que num número significativo de estruturas, a aceleração vertical máxima do tabuleiro ultrapassava o valor limite de 0,35g chegando a alcançar os 20 m/s2. A caracterização modal dos viadutos, os modos de vibração, frequências próprias e amortecimentos permitiram o desenvolvimento de modelos de elementos finitos cujos comportamentos foram validados com a comparação das respostas de acelerações verticais obtidas nas medições. Os modelos de elementos finitos incluem uma série de factores que condicionam o seu comportamento, tais como as condições de fronteira dos tabuleiros, a continuidade do carril sobre os apoios, a distribuição longitudinal na via das forças verticais dos eixos dos comboios. Na modelação da via férrea sobre a estrutura três modelos dinâmicos foram utilizados, modelos que resultam de investigações efectuadas quer no domínio do comportamento da via, do comportamento dos veículos que sobre ela circulam e da ponte que lhe serve de apoio. Diferentes metodologias foram utilizadas para o cálculo das respostas das pontes, numéricas e simplificadas. As metodologias numéricas compreendem a aplicação das forças rolantes e a interacção entre o veículo e a ponte, algoritmo de contacto. Para ambas as metodologias é descrita a sua implementação e validação no software ADINA. Vários algoritmos de integração passo a passo foram aplicados, o método da Sobreposição Modal, o método de Newmark e o método de Wilson-θ. As metodologias simplificadas, os métodos da Decomposição da Excitação em Ressonância (DER) e da Linha de Influência Residual ou Virtual (LIR ou LIV), também foram expostas e implementadas de forma a comparar os seus resultados com os derivados da aplicação dos métodos de integração passo a passo. Com base no modelo de elementos finitos desenvolvido veículo/via férrea/ponte procurou-se também averiguar a influência das irregularidades da via no comportamento dinâmico de pontes de médio vão. Considerou-se dois tipos de irregularidades: a irregularidade isolada posicionada a meio vão da ponte, simulação de uma má compactação do balastro; e a irregularidade aleatória contínua, posicionada em toda a extensão do carril. A avaliação dos efeitos derivados da consideração de irregularidades aleatórias na via férrea é efectuada recorrendo à técnica de Monte-Carlo, em que diversos perfis de irregularidades são utilizados, gerados a partir de funções densidade espectral de potência de irregularidades da via férrea correspondentes às diversas classes de qualidade da via. As respostas máximas da ponte com as diferentes irregularidades foram determinadas, bem como as respostas dos veículos, as forças de contacto entre a roda e o carril e as acelerações verticais na massa vibrante do balastro da via.