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Artificial immune system and Gaussian Mixture Model applied to damage detection and classification in a controlled dynamic system
No full textOs sistemas de controle são experienciados no cotidiano e fornecem otimização para várias ferramentas e sistemas os quais os seres humanos dependem. A utilização de controladores em sistemas dinâmicos visa diretamente sua aplicabilidade e aumento da segurança, portanto, seu funcionamento adequado está diretamente ligado à modelagem apropriada da planta-alvo. Considerando esses pontos e as diferentes possibilidades de danos que os sistemas dinâmicos podem sofrer devido à natureza de sua operação, a necessidade de monitorar a integridade estrutural desses sistemas, que podem ter suas características físicas modificadas, é validada. Uma técnica comumente utilizada para esse propósito é o Monitoramento da Integridade Estrutural (SHM), que é um sistema orientado por dados que pode ajudar a detectar falhas, permitindo assim uma ação apropriada decorrente de um prognóstico precoce. Uma ferramenta usada para esse propósito são os chamados Sistemas Imunológicos Artificiais (AISs), dentro desta classe de algoritmos os de Seleção Negativa (NSA) realizam a diferenciação entre agentes próprios e não próprios para a classificação de sinais, replicando uma função presente no Sistema Imunológico Natural (NIS). Neste trabalho, é proposta a aplicação de um sistema SHM, com AIS do tipo NSA como ferramenta de reconhecimento de padrões, aplicado a um Pêndulo Invertido Rotacional (RIP) como modelo de referência, para detecção de danos em sistemas dinâmicos controlados. Como esse sistema mecânico é naturalmente instável, sua operação depende diretamente da existência de um controlador, que deve ser capaz de garantir sua estabilidade e o comportamento dinâmico desejado, por exemplo, acompanhar uma referência variável. A abordagem adotada utiliza as variáveis de saída do controlador como dados para monitorar suas condições operacionais. Ainda, dado que a combinação das análises feitas pelo AIS dos dados de saída formam um espaço de afinidades, é criado um Modelo de Mistura Gaussiana (GMM) capaz de realizar a classificação semi-supervisionada das condições operacionais. Como resultado, a combinação das técnicas propostas, aplicadas à análise de quatro condições estruturais únicas, com simulação de danos à estrutura e ao atuador, atingiram uma taxa de detecção de danos de 99,38% e uma taxa de acerto de classificação de 94,38% em 20 gerações distintas de dados de referência.Control systems are experienced in everyday life, providing optimization for various tools and systems on which humans rely. The use of controllers in dynamic systems directly aims at their applicability and increased safety; hence, their proper functioning is directly linked to the appropriate modeling of the target plant. Considering these points and the different potential damages that dynamic systems might suffer due to the nature of their operation, the need to monitor the structural integrity of these systems, which can have their physical characteristics modified, is validated. A commonly used technique for this purpose is Structural Health Monitoring (SHM), a data-driven system that can help detect failures, thus enabling appropriate action resulting from early prognosis. One tool used for this purpose is the so-called Artificial Immune Systems (AISs), within this class of algorithms, the Negative Selection Algorithms (NSAs) differentiate between self and non-self agents for signal classification, replicating a function present in the Natural Immune System (NIS). In this work, the application of an SHM system, using NSA-type AIS as a pattern recognition tool, is proposed for detecting damages in controlled dynamic systems. As this mechanical system is naturally unstable, its operation directly depends on the existence of a controller, which must ensure its stability and the desired dynamic behavior, such as tracking a variable reference. The adopted approach uses the controller's output variables as data to monitor its operational conditions. Moreover, given that the combination of analyses performed by the AIS on the output data forms an affinity space, a Gaussian Mixture Model (GMM) capable of semisupervised classification of operational conditions is created. As a result, the combination of the proposed techniques applied to the analysis of four unique structural conditions, simulating damage to the structure and actuator, achieved a damage detection rate of 99.38% and a classification accuracy of 94.38% across 20 distinct generations of reference data.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: 88887.678338/2022-00CAPES: 00
No-linear dynamics and control of an ideal and non-ideal neural system
No full textOrientadores: Jose Manoel Balthazar, Helder Anibal HerminiTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: Nesta tese de doutorado, estuda-se o comportamento da membrana plasmática modelada através de um circuito elétrico. O modelo elétrico foi desenvolvido por Hodgkin e Huxley em 1952 e trata da variação do tempo em relação à condutância de íons de potássio e sódio no axônio da lula gigante, este modelo serviu como um arquétipo para modelos comportamentais da eletrofisiologia das membranas biológicas. Hodgkin e Huxley desenvolveram um conjunto de equações diferenciais para a propagação de sinais elétricos, que foram modificados posteriormente para descrever o comportamento dos neurônios em outros animais e para outros tipos de fibras excitáveis, como por exemplo às fibras de Purkinjie. Assim a dinâmica do modelo de Hodgkin-Huxley foi estudada extensivamente com uma visão para as implicações biológicas e com testes para métodos numéricos que podem ser aplicados a modelos matemáticos mais complexos. Recentemente, um movimento irregular caótico do potencial de ação da membrana foi observado com diversas técnicas de controle com o objetivo de estabilizar a variação deste potencial. Na tese de doutorado, analisa-se a dinâmica não-linear do modelo matemático de Hodgkin-Huxley, a existência de soluções quase periódicas para este modelo com os seus parâmetros originais, apresenta-se ainda modificações no modelo para acrescentar-se comportamento não ideal, isto é, quando se considera a ação de uma fonte de energia sob o sistema e sua interação supostamente limitada onde ela é mais intensa, e desenvolve-se um projeto de controle linear ótimo para o potencial de ação da membranaAbstract: In this work it is studied the plasmatic membrane behavior through an electric circuit. The electric model was developed by Hodgkin and Huxley at 1952 and it treats of the variation of the amount of time related with the potassium and sodium conductance's in the squid axon, this model has served as an archetype for mannering mathematical model of eletrophysiology of biological membranes. Hodgkin and Huxley developed differential equations for the propagation of electric signals, and later they had been modified to describe the behavior of neurons in other animals and for other excitable types of as pancreatic cells, cardio paths and staple fibres of Purkinje. Thus the dynamics of the Hodgkin-Huxley model have been extensively studied both with a view to their biological implications and as a test bed for numerical methods that can be applied to more complex models. Recently, a chaotic irregular movement of the potential of action of the membrane was observes through several techniques of control with the objective to stabilize the variation of this potential. This Phd dissertation deals with an analysis of the nonlinear dynamics in the Hodgkin-Huxley mathematical model, namely, the existence of quasi-periodic solutions in the model with its original parameters, and still we present modifications in the system to demonstrate the non-ideal dynamics behavior, that is when one consider the interaction between the energy source and the dynamical system and we developed an optimal linear control design for the action potential of membrane. They had been disclosed the conditions that allow using a controllinear feedback for non-linear systemDoutoradoMecanica dos Sólidos e Projeto MecanicoDoutor em Engenharia Mecânic
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Diagnosis and analysis of failures in rotating machines using the negative selection agorithm with continuous learning
No full textCom processos produtivos cada vez mais otimizados e eficientes, máquinas e equipamentos rotativos são indispensáveis na maioria dos projetos mecânicos. Eles são responsáveis pelo fornecimento e transferência de forças das plantas industriais, e sua disponibilidade influencia diretamente na produtividade, lucratividade e segurança dos funcionários. A falha nesse tipo de equipamento provoca variações nos parâmetros espaciais da estrutura e modifica seu comportamento dinâmico através da variação da rigidez, massa e amortecimento. Os sistemas de monitoramento de integridade estrutural, do inglês, Structural Health Monitoring (SHM), através da utilização de ferramentas tecnológicas avançadas, como: sensores e técnicas inteligentes, lógica fuzzy e sistemas imunológicos artificiais, são capazes de identificar danos em seu estágio inicial, mensurar a gravidade do problema e otimizar os procedimentos para solução do mesmo. O objetivo dessa pesquisa é o projeto e desenvolvimento de um SHM baseado em técnicas de computação inteligente, através um algoritmo de sistemas imunológicos artificiais com seleção negativa e aprendizado continuado, capaz de detectar, classificar e quantificar falhas estruturais em sistemas dinâmicos rotativos. Verificou-se o desempenho do algoritmo de seleção negativa (ASN) de forma isolada, que apresentou bons resultados quando os danos eram conhecidos e constavam no banco de detectores. Quando esses dados não constavam no banco de dados, o algoritmo foi incapaz de reconhece-los, justificando-se a integração do algoritmo de seleção clonal (CLONALG) ao algoritmo de seleção negativa (ASN) que, nesse caso, foi capaz de identificar os danos com eficiência e robustez.With production processes increasingly more optimized and efficient, rotating machines and equipment are indispensable in most mechanical projects. They are responsible for supplying and transferring forces from industrial plants, and their availability directly influences productivity, profitability and employee safety. Failure in this type of equipment causes variations in the spatial parameters of the structure and modifies its dynamic behavior through the variation of rigidity, mass and shock absorption. Structural health monitoring systems (SHM), through the use of advanced technological tools, such as sensors and intelligent techniques, fuzzy logic and artificial immune systems, are able to identify damage in its initial stage, measure the severity of problem and optimize the procedures for solving it. The goal of this research is the design and development of an SHM based on intelligent computing techniques, through an algorithm of artificial immune systems with negative selection and continuous learning, capable of detecting, classifying and quantifying structural failures in rotating dynamic systems. The performance of the negative selection algorithm (ASN) was verified in isolation, which presented good results when the damages were known and included in the detector bank. When these data were not in the database, the algorithm was unable to recognize them, justifying the integration of the Clonal Selection Algorithm (CLONALG) continuous learning algorithm to the ASN which, in this case, was able to identify damage efficiently and robustly
Monitoring the structural integrity of a two-story building using artificial immune systems
No full textOs grandes edifícios e aranha céus apresentam vulnerabilidade as solicitações ambientais,
temporais e antropológicas gerando desgastes que podem levar a esse imponente social e
econômico ao colapso. Com os avanços tecnológicos exige sistemas de monitoramento para
proteger o ramo estrutural e assim sanar essa vulnerabilidade estrutural Assim, o Sistema
de Integridade Estrutural é a medida exata da proteção dos imponentes edifícios garantindo
não só o desenvolvimento econômico, mas também a segurança da sociedade Por isso,
este trabalho de pesquisa apresenta a proposta inovadora do Sistema de Monitoramento
de Integridade Estrutural voltado para os edifícios, tendo por base e diferencial um
processamento baseado em inteligência artificial a análise e monitoramento
da integridade estrutural. A metodologia será aplicada aos dados experimentais obtidos
do modelo de shear building que representa esses imponentes arranha-céus. A partir da
aquisição e processamento dos sinais obtidos será elaborado e aplicado o algoritmo de
seleção negativa (sistemas imunes artificiais) no processo de tomada de decisão para realizar
a identificação, localização e quantificação de possíveis danos estruturais.Observando os
resultados, este trabalho provou ser eficiente, robusto e economicamente viável, tendo
um alto desempenho e representando a medida perfeita no monitoramento dos grandes
edifícios e aranhas céusFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)FAPESP: 2018/06573-
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dynamics and control of a parametrically excited piezoelectric energy harvesting system
No full textA captura e a conversão de energia ambiental em energia útil são conhecidas como captação de energia e podem ocorrer de diversas formas, como mecânica, acústica, solar e gradientes térmicos. Os sistemas de captação de energia vibracional (VEHS), são sistemas que usam as vibrações como fonte de energia e são conhecidos como uma fonte de alimentação suplementar para aplicações de carga lenta ou para alimentar e manter dispositivos e sensores remotos que precisam de pouca energia para funcionar, como marca-passos, estimuladores de medula espinhal e sistemas microeletromecânicos. O objetivo desta tese é desenvolver um controle linear feedback para um sistema de captação de energia que é excitado parametricamente e usa materiais piezoelétricos como transdutor, com o intuito de aumentar significativamente a quantidade de energia produzida em comparação com o sistema inicial. Para isto, primeiramente é necessário analisar a estabilidade do sistema e fazer uma análise de sensibilidade global para verificar quais parâmetros físicos do sistema são mais influentes na produção de energia. A análise de sensibilidade é feita por meio do cálculo dos índices de Sobol, e a análise de estabilidade é feita conforme as técnicas desenvolvidas por Sinha e Butcher para sistemas periódicos. As duas técnicas apresentadas, de análise de estabilidade e de sensibilidade global, fornecem informações importantes para que se possa projetar um controlador mais eficiente. A técnica de controle utilizada nesta tese é baseada nos estudos Sinha e Butcher e é conhecida como Projeto de Controlador Linear Feedback via Transformação de Lyapunov-Floquet.The capture and conversion of environmental energy into useful energy is known as energy harvesting, and can take several forms, such as mechanical, acoustic, solar and thermal gradients. Vibrational energy harvesting systems (VEHS), are systems that use vibrations as an energy source and are known as a supplemental power source for trickle-load applications or for powering and maintaining remote devices and sensors that need little energy to operate function, such as pacemakers, spinal cord stimulators and microelectromechanical systems. The purpose of this thesis is to develop a linear feedback control for an energy harvesting system that is parametrically excited and uses piezoelectric materials as a transducer, with the aim of significantly increase the amount of energy produced compared to the initial system. To do this, it is first necessary to analyze the stability of the system and carry out a global sensitivity analysis to verify which physical parameters of the system are most influential in energy production. The sensitivity analysis is carried out by calculating the Sobol indices, and the stability analysis is carried out according to the techniques developed by Sinha and Butcher for periodic systems. The two techniques presented, stability analysis and global sensitivity, provide important information so that a more efficient controller can be designed. The control technique used in this thesis is based on the Sinha and Butcher studies and is known as Linear Feedback Controller Design via
Lyapunov-Floquet Transformation
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Get PDFWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
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