Design and Implementation of Takagi-Sugeno Fuzzy Tracking Control for a DC-DC Buck Converter

This paper presents the design and implementation of a Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy controller for a DC-DC buck converter using Arduino board. The proposed fuzzy controller is able to pilot the states of the buck converter to track a reference model. The T-S fuzzy model is employed, firstly, to represent exactly the dynamics of the nonlinear buck converter system, and then the considered controller is designed on the basis of a concept called Virtual Desired Variables (VDVs). In this case, a two-stage design procedure is developed: i) determine the reference model according to the desired output voltage, ii) determine the fuzzy controller gains by solving a set of Linear Matrix Inequalities (LMIs). A digital implementation of the proposed T-S fuzzy controller is carried out using the ATmega328P-based Microcontroller of the Arduino Uno board. Simulations and experimental results demonstrate the validity and effectiveness of the proposed control scheme

Secure and Robust Image Watermarking Scheme Using Homomorphic Transform, SVD and Arnold Transform in RDWT Domain

The main objective for a watermarking technique is to attain imperceptibility, robustness and security against various malicious attacks applied by illicit users. To fulfil these basic requirements for a scheme is a big issue of concern. So, in this paper, a new image watermarking method is proposed which utilizes properties of homomorphic transform, Redundant Discrete Wavelet Transform (RDWT), Arnold Transform (AT) along with Singular Value Decomposition (SVD) to attain these required properties. RDWT is performed on host image to achieve LL subband. This LL subband image is further decomposed into illumination and reflectance components by homomorphic transform. In order to strengthen security of proposed scheme, AT is used to scramble watermark. This scrambled watermark is embedded with Singular Values (SVs) of reflectance component which are obtained by applying SVD to it. Since reflectance component contains important features of image, therefore, embedding of watermark in this part provides excellent imperceptibility. Proposed scheme is comprehensively examined against different attacks like scaling, shearing etc. for its robustness. Comparative study with other prevailing algorithms clearly reveals superiority of proposed scheme in terms of robustness and imperceptibility

Wavelet-Based Kernel Construction for Heart Disease Classification

© 2019 ADVANCES IN ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERINGHeart disease classification plays an important role in clinical diagnoses. The performance improvement of an Electrocardiogram classifier is therefore of great relevance, but it is a challenging task too. This paper proposes a novel classification algorithm using the kernel method. A kernel is constructed based on wavelet coefficients of heartbeat signals for a classifier with high performance. In particular, a wavelet packet decomposition algorithm is applied to heartbeat signals to obtain the Approximation and Detail coefficients, which are used to calculate the parameters of the kernel. A principal component analysis algorithm with the wavelet-based kernel is employed to choose the main features of the heartbeat signals for the input of the classifier. In addition, a neural network with three hidden layers in the classifier is utilized for classifying five types of heart disease. The electrocardiogram signals in nine patients obtained from the MIT-BIH database are used to test the proposed classifier. In order to evaluate the performance of the classifier, a multi-class confusion matrix is applied to produce the performance indexes, including the Accuracy, Recall, Precision, and F1 score. The experimental results show that the proposed method gives good results for the classification of the five mentioned types of heart disease.Peer reviewedFinal Published versio

Metal-insulator Transition (MIT) Materials for Biomedical Applications

Transitional metal oxides get considerable interest in electronics and other engineering applications over few decades. These materials show several orders of magnitude metal-insulator transition (MIT) triggered by external stimuli. Bio-sensing using Vanadium dioxide (VO2), a MIT material is largely unexplored. In this short article, we investigate the VO2 based thermal sensor performance for measuring the biomolecule concentration. Active sensing layer is chromium and niobium co-doped VO2 as it shows 11.9%/°C temperature coefficient of resistance (TCR) with practically no thermal hysteresis. Our study demonstrated that VO2 based microsensors can be used to measure the biomolecule concentrations, which produce temperature changes in the mK range. For 1mK change in temperature, the maximum detection voltage is near 0.4V

Numerical simulation of electric signal in the cyber-physical immunosensor system on rectangular lattice in R package

Проведено чисельне моделювання електричного сигналу з перетворювача в кіберфізичній імуносенсорній системі на прямокутній решітці з використанням диференціальних рівнянь із запізненням за допомогою пакета R. Описано функціональні можливості пакета R як середовища програмування для статистичного аналізу даних, наведено корисні сайти, списки посилань і документація пакета R. У вигляді таблиці представлено назви параметрів моделі імуносенсора на прямокутній решітці з використанням диференціальних рівнянь із запізненням та їх числові значення в пакеті R. Реалізовано комп’ютерну програму «Чисельний аналіз електричного сигналу з перетворювача, який характеризує кількість флуоресціюючих пікселів в імуносенсорі на прямокутній решітці з використанням диференціальних рівнянь із запізненням». Розроблена комп’ютерна програма дає змогу провести дослідження стійкості імуносенсорних систем, які широко використовуються для отримання діагностичної інформації з метою оцінювання критичних станів при серцево-судинних захворюваннях, величини інсуліну при вимірюванні величини глюкози в крові та виявлення кількісних показників у деяких фармацевтичних сполуках. Наведено фрагмент лістингу комп’ютерної програми в пакеті R для отримання електричного сигналу з перетворювача, який характеризує кількість флуоресціюючих пікселів у кіберфізичній імуносенсорній системі на прямокутній решітці з використанням диференціальних рівнянь із запізненням. Проведено чисельне моделювання для електричного сигналу з перетворювача в імуносенсорі на прямокутній решітці з використанням диференціальних рівнянь із запізненням. Проаналізовано зміни отриманого електричного сигналу, які відповідають кількості флуоресціюючих пікселів у кіберфізичній імуносенсорній системі. Обгрунтовано використання пакета R як вільнопоширюваного програмного забезпечення з графічною візуалізацією результатів аналізу.The numerical simulation of electric signal from the converter in the cyber-physical immunosensor system on rectangular lattice using differential equations with delay by means of R package is carried out in this paper. The functional features of R package as a programming environment for statistical data analysis are described, useful sites, references lists and documentation of R package are given. The names of parameters of the immunosensor model on rectangular lattice using the differential equations with delay and their numerical values in the package R are presented in the form of the table. The computer program «Numerical analysis of the electrical signal from the converter that characterizes the number of fluorescing pixels in the immunosensor on rectangular lattice using delayed differential equations» is implemented. The developed computer program makes it possible to carry out the investigation of the stability of immunosensory systems, which are widely used to obtain diagnostic information in order to evaluate critical states of cardiovascular disease, insulin values while measuring blood glucose values and identify quantitative indicators in some рharmaceutics compounds. The fragment of computer program listing in R package for obtaining the electrical signal from converter characterizing the number of fluorescent pixels in cyber-physical immunosensor system on rectangular lattice using delayed differential equations is presented. Numerical simulation for the electric signal from the converter in the immunosensor on rectangular lattice using the delayed differential equations is carried out. The changes of the received electrical signal corresponding to the number of fluorescent pixels in the cyber-physical immunosensory system are analyzed. The use of R package as a freely distributed software with graphical visualization of the analysis results is substantiated

Integration of magnetic amplifier switch model into computer aided design for power converters

Зазвичай у джерелах вторинного електроживлення (ДВЕЖ) комутаційну та регулюючу функції виконують напівпровідникові компоненти. Однак вони не можуть забезпечити високу якість вихідних характеристик у багатоканальних джерелах живлення та в ДВЕЖ із високим рівнем струму навантаження. В таких випадках як силові ключі використовують високочастотні магнітні підсилювачі (ВМП) на основі аморфних магнітом’яких сплавів з прямокутною петлею гістерезису. Розроблення перетворювачів електроенергії на основі ВМП не є повністю автоматизованим. ВМП є магнітним компонентом з нелінійними властивостями. Системи автоматизованого проектування (САПР) для комп’ютерного імітаційного моделювання електричних кіл не призначені для розрахунків магнітних полів та працюють з дискретними електричними компонентами. Існує проблема інтеграції моделі компонента з магнітним гістерезисом у бібліотеку моделей САПР. Крім того, досить складно оцінити оптимальні параметри такого компонента. У статті запропоновано нову математичну модель силового ключа на основі ВМП, що ґрунтується на функції, яку можна генерувати з допомогою цифрових технологій. Досліджено цифровий генератор синуса, що складається з цифрових дискретних компнентів для моделювання силового ключа на основі ВМП. Запропоновану математичну модель силового ключа на основі ВМП інтегровано у САПР. Проведено комп’ютерне імітаційне моделювання електричного кола, що містить ВМП. Розраховано абсолютну похибку та середньоквадратичне відхилення моделі процесів перемагнічення ВМП у порівнянні з експериментально отриманими даними. Така часткова автоматизація процесу розроблення високочастотних перетворювачів електроенергії на основі ВМП суттєво зменшить його складність, тривалість і вартість, а також сприятиме розвиткові нових схемотехнічних рішень.The designing of electrical power converters based on Magnetic Amplifier (MagAmp) switches is not fully automated. MagAmp is a magnetic component with nonlinear properties. Computer aided design (CAD) programmes are built to simulate electric circuits without electromagnetic field with distributed components. There is a problem of integration of a model of a component with magnetic hysteresis into the set of CAD models. In addition, estimation of the optimal parameters of such a component is rather complicated. The article proposes a new model of MagAmp switch which is based on a function that can be generated using digital technology. The digital generator of sinusoidal signals, consisting of discrete digital components for modeling the MagAmp switch, is investigated. Integration of the model into CAD programme and simulation of the electric circuit, which includes MagAmp switch, are obtained. Partial automation will reduce complexity, duration and cost of the design procedure, and will enhance the development of power converters

Advanced Wireless Sensors Used to Monitor the Impact of Environment Design on Human Physiology

This article describes modern wireless sensor devices and their application in the measurements of the human physiology. We used our own advanced ECG Holter device and EEG helmet to record the heart and brain activity impacted by different environments, materials, colors or body positions during work. In this paper, we want to show the interactions between humans and architecture design, which modify human work performance and well-being. This paper is a conclusion of the 3 different pilot studies, where different scopes of human-space interaction were explored. In the experiments, we aimed mostly at wood materials and their beneficial effects on the nervous system. The research in its actual state is primarily focused on optimizing the methods of the ECG data analysis from our Holter device and the EEG data from helmet. Based on these data, we will improve the methodology of the experiments for the next enhanced research with aspiration to automate data analysis

Simplified Second-Order Generalized Integrator - Frequency-Locked Loop

Second-Order Generalized Integrator –Frequency-Locked Loop (SOGI-FLL) is a popular technique available in the grid synchronization literature. This technique uses gain normalization in the frequency locked-loop. This increases the computational complex-ity. In this paper, we propose an alternative imple-mentation to reduce the computational complexity of the SOGI-FLL. The proposed implementation modifies mainly the frequency locked-loop part and requires normalized voltage measurement. dSPACE 1104 board-based hardware implementation shows that the proposed implementation executes 20 % faster than the standard implementation. This could be very beneficial for high switching frequency application e.g. ≥ 1 MHz. In ad-dition to the nominal frequency case, multiresonant implementation is also proposed to tackle grid harmonics using a simpler harmonic decoupling network. Small signal dynamical modeling and tuning are performed for both implementations. Dynamical equivalence is also established between the two implementations. Experimental comparative analysis demonstrates similar or better performance (depending on test scenarios) with respect to the standard implementation of the SOGI-FL