Dissertações/Teses

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2021
Dissertações
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  • MAILSON RIBEIRO SANTOS
  • Uma Metodologia Baseada em Sistemas Evolutivos para Detecção e Identificação deFalhas de Sistemas Dinâmicos

  • Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • CLAUBER GOMES BEZERRA
  • Data: 07/01/2021

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  • Este trabalho propõe uma metodologia para detecção e identificação de falhas em sistemas dinâmicos, através de uma abordagem on-line e evolutiva. A proposta é dividida em três estágios, na qual são realizados o pré-processamento e pós-processamento dos dados com o intuito de aumentar a robustez da metodologia na presença de outliers  e ruídos, no pré-processamento é realizada a seleção de características, normalização dos dados, filtragem e adição de regressores, já no pós-processamento é realizada uma filtragem de tempo. No estágio de processamento é aplicada uma abordagem adaptável e não-supervisionado,  por meio do algoritmo Auto-Cloud, que realiza agrupamento e classificação de streams de dados. Para validação desta proposta foram utilizadas diferentes métricas de avaliação, como  Adjusted Rand Index (ARI), homogeneidade, completude, precisão, f1_score, recall, sendo obtidos resultados satisfatórios. Por fim, é apresentada a conclusão deste trabalho, além de propostas para trabalhos futuros.


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  • This work proposes a methodology for the detection and identification of failures in dynamic systems, through an online and evolutionary approach. The proposal is divided into three stages, in which data pre-processing and post-processing are carried out to increase the robustness of the methodology in the presence of outliers and noise, in the pre-processing the selection of characteristics, normalization is carried out of data, filtering and adding regressors, in post-processing time filtering is performed. In the processing stage, an adaptive and unsupervised approach is applied, through the Auto-Cloud algorithm, which performs grouping and classification of data streams. To validate this proposal, different evaluation metrics were used, such as Adjusted Rand Index (ARI), homogeneity, completeness, precision, f1_score, recall, and satisfactory results were obtained. Finally, the conclusion of this work is presented, in addition to proposals for future work.

2
  • VINÍCIUS SOUSA DE OLIVEIRA
  • Estudo e aplicação de algoritmos criptográficos para redes de sensores sem fio em um ambiente de rádio definido por software

  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • DIEGO ANTONIO DE MOURA FONSECA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • RODRIGO SOARES SEMENTE
  • Data: 29/01/2021

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  • Este trabalho apresenta um estudo comparativo de algoritmos criptográficos a serem aplicados em Redes de Sensores sem Fio. Tendo como motivação a escassez de pesquisas com resultados práticos, o principal objetivo desta pesquisa é verificar a viabilidade da inserção de algoritmos estudados em um ambiente real, baseado em um sistema de rádio definido por software. Devido às limitações internas de cada nó, eficiência é um aspecto tão importante quanto a qualidade criptográfica, a fim de garantir um bom desempenho da técnica de segurança. Para isso, serão analisados dados como tempo de execução, espaço ocupado em memória, custo de processamento e consumo de energia. Assim, espera-se aumentar a segurança em Redes de Sensores sem Fio, tendo em vista suas restrições de desempenho, memória e energia.


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  • In this work is proposed a comparative study of cryptographic algorithms to be applied in Wireless Sensor Networks. Having as motivation the lack of researches with practical results, the main goal of this work is to verify the viability of the insertion of studied algorithms in a real environment based on a Software-Defined Radio system. Due to the internal limitations of each node, efficiency is an aspect as important as cryptographic quality, in order to ensure a good performance of the security technique. For this, it will be analyzed data such as execution time, memory usage, processing cost and power consumption. Thereby, it is expected to increase the security in Wireless Sensor Networks, having in consideration its performance, memory and energy constraints.

3
  • FELIPE FERNANDES LOPES
  • Implementação totalmente paralela de uma SVM com treinamento baseado em SGD em FPGA

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • ORIVALDO VIEIRA DE SANTANA JUNIOR
  • VICENTE IDALBERTO BECERRA SABLON
  • Data: 29/01/2021

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  • Inteligência artificial, aprendizagem de máquina e aprendizagem profunda têm se mostrado técnicas poderosas para resolver problemas em áreas como processamento de linguagem natural, visão computacional e outras. No entanto, seu desempenho computacional e estatístico depende além de outros fatores dos algoritmos usados para o treinamento, da plataforma de computação usada e até mesmo da precisão numérica usada para representar os dados. Um dos principais algoritmos de aprendizagem de máquina é o Support Vector Machine (SVM) sendo mais comumente treinada por meio da otimização sequencial mínima, o que contribui para um baixo desempenho computacional. Como uma alternativa, algoritmos baseados em Stochastic Gradient Descent (SGD) apresentam melhor escalabilidade e podem ser utilizados como boas opções para o treinamento de algoritmos de aprendizado de máquina. Porém, mesmo com o uso de algoritmos baseados no gradiente estocástico, os tempos de treinamento e inferência podem se tornar grandes dependendo da plataforma de computação empregada. Por esse motivo, aceleradores baseados em Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) podem ser utilizados para melhorar o desempenho em termos de velocidade de processamento. Este trabalho propõe uma implementação em FPGA de uma SVM, totalmente paralela com treinamento baseado no SGD. Resultados associados a ocupação em hardware, velocidade de processamento (throughput), e acurácia para o treinamento e inferência em vários formatos de quantização são apresentados.


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  • Artificial intelligence, machine learning, and deep learning have proven to be powerful techniques for solving natural language processing problems, computer vision, and others. However, its computational and statistical performance depends on other factors of the algorithms used for training, the computing platform used, and even the numerical precision used to represent the data. One of the main machine learning algorithms is the Support Vector Machine (SVM), most commonly trained through minimal sequential optimization, contributing to low computational performance. As an alternative, algorithms based on Stochastic Gradient Descent (SGD) have better scalability and can be used as good options for training machine learning algorithms. However, even with algorithms based on the stochastic gradient, the training and inference times can become long depending on the computing platform employed. Thus, accelerators based on Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) can be used to improve performance in terms of processing speed. This work proposes a fully parallel FPGA implementation of an SVM with SGD-based training. Results associated with hardware occupation, processing speed (or throughput), and accuracy for training and inference in various quantization formats are presented.

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  • ANDRESSA STÉFANY SILVA DE OLIVEIRA
  • Macro SOStream: Um algoritmo evolutivo para agrupamento auto-organizado baseado em densidade

  • Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL FURTADO LEITE
  • DANIEL ALOISE
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • Data: 19/03/2021

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  • Situações que geram fluxo de dados contínuo, como são os casos de tráfego TCP/IP, e-commerce e monitoramento industrial, podem tornar inviável a utilização de algoritmos que possuem estratégias de aprendizagem de máquina  off-line. Isto se deve à necessidade de armazenamento dos dados em função do crescimento infindável da geração dos dados e às restrições como memória limitada. Para tratar essa classe de problemas, surgiram os algoritmos que possuem a aprendizagem totalmente ou parcialmente on-line. Dentre eles, há os algoritmos evolutivos, os quais têm sido alvo de interesse pelo fato de possuírem a capacidade de se desenvolverem e atualizarem em ambientes desconhecidos, como também a habilidade de detecção de mudanças e desvios dos dados de entrada ao longo do tempo. Diante da vasta gama de possíveis aplicações de algoritmos evolutivos em problemas reais, neste trabalho propomos um novo algoritmo evolutivo denominado de Macro SOStream. Esse algoritmo possui aprendizagem on-line e é baseado em densidade para agrupamento auto-organizável de fluxo de dados. O Macro SOStream tem como origem o algoritmo SOStream, porém aqui foi incorporado o conceito de macroclusters, os quais são formados pelos microclusters. Enquanto que os microclusters possuem formas esféricas, os macroclusters têm formas arbitrárias. Além disso, a performance do Macro SOStream é comparada com o SOStream e o DenStream. Para isso, foi utilizado bases de dados juntamente com a métrica de desempenho de clusterização Adjusted Rand Index (ARI).


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  • Situations that generate a continuous data stream, such as TCP / IP traffic, e-commerce, and industrial monitoring, can make the usability of algorithms that have machine learning completely offline unviable. That is due to the need for data storage, the infinite growth of data generation, and limited memory restrictions. With that, the algorithms that have the learning totally or partially on-line appeared. Among them, there are the evolving algorithms, which have been of interest because they can develop and update in unknown environments and detect concepts drift and evolution in the input data over time. Because of these algorithms' broad applicability in real problems, this work proposes a new evolving algorithm named Macro SOStream. This algorithm has on-line learning and is based on self-organizing density for data stream clustering. The Macro SOStream is based on the SOStream algorithm, but we incorporated macroclusters composed of the microclusters. While microclusters have spherical shapes, macroclusters can have arbitrary shapes. Besides, the Macro SOStream's performance was compared to SOStream and DenStream algorithms' performance using the datasets and the ARI performance metric to validate our proposal.
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  • VÍTOR SARAIVA RAMOS
  • Remoção de reflexão especular em uma única imagem em tempo real.

  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • LUIZ GONZAGA DE QUEIROZ SILVEIRA JUNIOR
  • RAFAEL BESERRA GOMES
  • FRANCISCO MADEIRO BERNARDINO JUNIOR
  • Data: 31/03/2021

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  • O problema da remoção de realces especulares em dados de imagem refere-se a um problema em aberto em visão computacional relativo à estimativa dos componentes de reflexão especular e à remoção dos mesmos. Em aplicações recentes, métodos de remoção de realces especulares têm sido empregados para a reprodução de realces especulares em monitores de alta faixa dinâmica (HDR); para aumentar o brilho das imagens em tecnologias de controle de reflexão especular; para melhorar a qualidade da imagem em dispositivos de visualização como TVs; e para melhorar a faixa dinâmica de imagens de baixa faixa dinâmica (LDR). No entanto, o processamento subjacente exigido pelos métodos do estado da técnica é computacionalmente dispendioso e não atende aos requisitos operacionais de processamento em tempo real de pipelines de processamento de imagem encontrados em aplicações em eletrônica de consumo. Além disso, essas aplicações podem exigir que os métodos trabalhem com um único quadro em circuitos de processamento de imagens ou de vídeos. Consequentemente, este trabalho tem o objetivo de propor um novo método para a remoção em tempo real de realces especulares em uma única imagem. A essência do método proposto consiste em casar o histograma do componente de luminância de uma representação pseudolivre de especularidades, usando como referência o componente de luminância da imagem de entrada. As operações realizadas pelo método proposto têm, no máximo, complexidade de tempo linear. Nas avaliações experimentais, o método proposto é capaz de igualar ou melhorar os resultados do estado da técnica na tarefa de estimativa do componente de reflexão difusa a partir de uma única imagem, sendo 5X mais rápido do que o método com o melhor tempo computacional e 1500X mais rápido do que o método com os melhores resultados. O método proposto tem alta aplicabilidade industrial, e as aplicações visadas podem usufruir das contribuições desse trabalho, incorporando o método proposto como um componente básico em pipelines de processamento de imagem.


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  • The problem of highlight removal from image data refers to an open problem in computer vision concerning the estimation of specular reflection components and the removal thereof. In recent applications, highlight removal methods have been employed for the reproduction of specular highlights on high dynamic range (HDR) displays; to increase glossiness of images in specular reflection control technologies; to improve image quality in display systems such as TVs; and to enhance the dynamic range of low dynamic range (LDR) images. However, the underlying processing required by state-of-the-art methods is computationally expensive and does not meet real-time operational requirements in image processing pipelines found in consumer electronics applications. In addition, these applications may require that methods work with a single frame in imaging or video streams. Consequently, this work has the objective of proposing a novel method for the real-time removal of specular highlights from a single image. The essence of the proposed method consists in matching the histogram of the luminance component of a pseudo-specular-free representation using as reference the luminance component of the input image. The operations performed by the proposed method have, at most, linear time complexity. In experimental evaluations, the proposed method is capable of matching or improving upon state-of-the-art results on the task of diffuse reflection component estimation from a single image, while being 5X faster than the method with the best computational time and 1500X faster than the method with the best results. The proposed method has high industrial applicability, and targeted use cases can take advantage of contributions of this work by incorporating the proposed method as a building block in image processing pipelines.

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  • VICTOR RAMON FIRMO MOREIRA
  • Controle inteligente de um robô móvel omnidirecional com tomada de decisão utilizando aprendizagem por reforço

  • Orientador : WALLACE MOREIRA BESSA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • WALLACE MOREIRA BESSA
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • ORIVALDO VIEIRA DE SANTANA JUNIOR
  • ESTHER LUNA COLOMBINI
  • Data: 12/04/2021

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  • A evolução dos sistemas robóticos se tornou evidente no decorrer do tempo. Tanto pelos avanços em fabricação mecânica quanto pelos novos algoritmos utilizados, os robôs móveis têm se tornado cada vez mais independentes em suas ações. No que tange às estratégias de aprendizagem de máquina, uma atenção especial vem sendo dada aos algoritmos de aprendizagem por reforço, em virtude de suas semelhanças com o processo de aprendizado biológico. Neste trabalho propõe-se o desenvolvimento de um agente autônomo, combinando estratégias de controle inteligente com algoritmos de tomada de decisão. Para a implementação da estratégia proposta, será utilizado o robô móvel omnidirecional Robotino. Foram realizadas simulações de atuação do robô que tem por objetivo a exploração espacial de um ambiente, sendo para isso aplicado um modelo matemático específico. Para o controle do sistema, a estratégia de Linearização por Realimentação foi combinada a um compensador baseado em Redes Neurais Artificiais para lidar com as incertezas, eventuais perturbações externas e compensar a dinâmica não modelada. O algoritmo epsilon-greedy, por sua vez, foi escolhido para capacitar o robô no processo de tomada de decisão. Os resultados da implementação experimental mostram que a estratégia de controle inteligente foi eficiente e o agente inteligente proposto foi capaz de explorar o ambiente de maneira efetiva, obtendo uma alta recompensa média.


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  • The evolution of robotic systems has become evident over time. Due to the advances in mechanical manufacturing and the new algorithms used, mobile robots have become increasingly independent in their actions. Regarding machine learning strategies, special attention is given to reinforcement learning algorithms, because of its similarities with the biological learning process. This work proposes the development of an autonomous agent, combining intelligent control strategies with decision-making algorithms. For the implementation of the proposed strategy, the Robotino omnidirectional mobile robot will be used. Simulations of the robot's performance were performed to explore space in an environment, for which a specific mathematical model is applied. For system control, the Linearization by Feedback strategy was combined with a compensator based on Artificial Neural Networks to deal with uncertainties and possible external disturbances. The epsilon greedy algorithm, in turn, was chosen to enable the robot in the decision-making process. The results show that the intelligent control strategy was efficient and the proposed intelligent agent was able to explore the environment effectively, obtaining a high average reward. The perspective is that the strategy is still implemented experimentally in Robotino.

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  • ERIKA AKEMI YANAGUIBASHI ALBUQUERQUE
  • A ROBÓTICA EDUCACIONAL NA PREVENÇÃO AOS TRANSTORNOS MENTAIS NO AMBIENTE ESCOLAR

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON ABNER DE SANTANA SOUZA
  • AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • Data: 26/04/2021

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  • Propomos neste trabalho estudar e verificar as potencialidades de utilização da Robótica Educacional em sala de aula para melhorar funções cognitivas e ao mesmo tempo atuar na prevenção à ocorrência de transtornos mentais, problema que tem dificultado o desenvolvimento sócio-cultural de muitos jovens atualmente. Convém ressaltar que existem estudos verificando a eficácia da Robótica Educacional com crianças e adolescentes visando auxiliar no diagnóstico e tratamento do espectro autista e em deficiência visual, mas não achamos na literatura um estudo parecido com o proposto neste trabalho. Ademais, já é demonstrado na literatura que a Robótica Educacional melhora as funções cognitivas da criança e também a autoestima deles e dos professores. Durante o trabalho, a partir da análise de dados coletados, conseguimos verificar fortes indícios de que crianças e adolescentes que têm aulas de robótica educacional são menos susceptíveis a problemas maiores de depressão, estresse, entre outros tipos de transtornos mentais. Para chegar a tal inferência, elaboramos e aplicamos questionários para professores e alunos, a partir dos quais foram determinadas variáveis a serem analisadas, tais como psicomotoras, cognitivas e afetivas. Os questionários foram aplicados na etapa prática da Olimpíada Brasileira de Robótica que ocorreu no Instituto Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasil. Esses dados foram submetidos a uma análise e posterior verificação através de metodologias qualitativas e quantitativas sobre a ferramenta da robótica educacional utilizada.


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  • In this work, we propose to study and verify the potential of using Educational Robotics in the classroom to improve cognitive functions and at the same time act in the prevention of the occurrence of mental disorders, a problem that has hindered the socio-cultural development of many young people today. It is worth mentioning that there are studies verifying the effectiveness of Educational Robotics with children and adolescents in order to assist in the diagnosis and treatment of the autistic spectrum and in visual impairment, but we do not find in the literature a study similar to the one proposed in this work. Furthermore, it is already demonstrated in the literature that Educational Robotics improves the child's cognitive functions and also their and teachers' self-esteem. During the work, from the analysis of collected data, we were able to verify strong indications that children and adolescents who take educational robotics classes are less susceptible to major problems of depression, stress, among other types of mental disorders. To reach this inference, we developed and applied questionnaires for teachers and students, from which variables were determined to be analyzed, such as psychomotor, cognitive and affective. The questionnaires were applied in the practical phase of the Brazilian Robotics Olympiad that took place at the Federal Institute of Rio Grande do Norte, Natal, Brazil. These data were submitted to an analysis and later verification through qualitative and quantitative methodologies on the educational robotics tool used.

     
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  • RODRIGO DE ANDRADE TEIXEIRA
  • Análise de Qualidade de Energia Aplicada a um Sistema Retificador Trifásico PWM Utilizando a Técnica de Controle de Um Ciclo

  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • ELMER ROLANDO LLANOS VILLARREAL
  • JOÃO TEIXEIRA DE CARVALHO NETO
  • RICARDO FERREIRA PINHEIRO
  • Data: 27/04/2021

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  • Este trabalho tem como proposta a utilização da técnica de controle em um ciclo para controlar um retificador trifásico baseado na topologia boost, sem a utilização de sensores de tensão no ponto de acoplamento do sistema. Além disso, diferentemente da maioria dos trabalhos desenvolvidos com a técnica OCC foi utilizada a implementação digital utilizando DSP TMS 320F28335 da Texas Instruments. O objetivo da implementação proposta consiste em obter na entrada do retificador uma corrente drenada da fonte senoidal e com fator de potência o mais próximo possível da unidade ao mesmo tempo em que a saída do retificador é controlada em um valor de tensão fixo. Para avaliação do sistema proposto foram realizadas simulações nos softwares Matlab e PSIM e os resultados práticos foram verificados utilizando um protótipo laboratorial.


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  • This work proposes the use of the one-cycle control technique to control a three-phase rectifier based on boost topology, without the use of voltage sensors at the coupling point of the system. Furthermore, unlike most of the works developed with the OCC technique, a digital implementation using Texas Instruments' DSP TMS 320F28335 was used. The objective of the proposed implementation is to obtain a sinusoidal current at the rectifier input with a power factor as close as possible to unity, while the rectifier output is controlled at a fixed voltage value. To evaluate the proposed system, simulations were performed in Matlab and PSIM software and the practical results were verified using a laboratory prototype.

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  • PAULO VICTOR QUEIROZ CORREIA
  • ANÁLISE DE DESEMPENHO DE DETECÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DE FALHAS EM PROCESSOS INDUSTRIAIS UTILIZANDO REDES NEURAIS LSTM COM TÉCNICAS COMPRESSÃO DE DADOS

     
  • Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • CELSO JOSÉ MUNARO
  • Data: 30/06/2021

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  • A Indústria 4.0 mudou completamente o paradigma de monitoramento e controle de processos industriais. Foram instalados sensores em diversas partes da planta, conectando os processos com a Internet das Coisas e a Computação na nuvem. Todavia, a geração de dados cresceu vertiginosamente, demandando que engenheiros construam ambientes apropriados para o processamento de todos esses dados. Esse crescimento aumentou o consumo de energia e a complexidade computacional, que podem acentuar a degradação ambiental e as perdas econômicas. De forma a atender a essas demandas, esta dissertação propõe metodologias eficientes para Detecção e Identificação de Falhas nos processos industriais. O primeiro consiste em comprimir as variáveis de processo utilizando o algoritmo Symbolic Aggregate Approximation (SAX) com o objetivo de reduzir a carga em casas de armazenamento de dados. Em seguida, treinamos uma rede neural Long Short-Term Memory (LSTM) para a detecção de falhas industriais nesses dados comprimidos. Finalmente, a segunda metodologia é endereçada para sistemas de computação de ponta eficientes, comprimindo redes neurais LSTM com a técnica de podagem. A compressão dos modelos de detecção reduzem o uso de memória e o número de operações realizados, economizando energia e acelerando a velocidade de inferência dessas redes em sistemas de ponta. Para avaliar ambas as propostas, utilizamos o benchmark Tennessee Eastman Process (TEP) com as métricas de classificação de acurácia, precisão, sensibilidade e F1-Score. Também analisaremos a eficiência de compressão de ambas as metodologias, estudando sua viabilidade e redução de parâmetros nas redes LSTM.

     

  • Mostrar Abstract
  • Industry 4.0 set a paradigm shift in industrial process monitoring and control. It installed several sensors in different parts of the plant, connecting these industrial processes with the Internet of Things and Cloud Computing. Although, the data generation growth demanded engineers build proper environments to process and store the absurd amount of data. This growth caused an increasing energy consumption, computational complexity and environmental degradation. Therefore to address these demands, this dissertation proposes efficient approaches to perform Fault Detection and Identification in industrial processes. The first approach consists of using Symbolic Aggregate Approximation (SAX) to compress process variables to reduce the load on data warehouses. Then, we train a Long Short-Term Memory (LSTM) neural network with those compressed inputs to perform fault detection. Finally, the second approach addresses efficient edge computing systems, performing LSTM neural network compression with pruning technique. The compression reduces the memory usage and number of operations of these networks, saving energy and accelerating inference speed in edge computation. To assess the performance of both approaches, we use the Tennessee Eastman Process (TEP) as the benchmark with classification metrics of accuracy, precision, recall and F1-Score. We are also going to analyze the compression efficiency of both approaches, studying their viability and parameter reduction in LSTM networks.

     
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  • MAXWEL DA SILVA SANTOS
  • Estratégia de controle de margem de tensão aprimorada para sistemas HVDC multiterminal com base no conversor modular multinível para robustez frente a perturbações

  • Orientador : LUCIANO SALES BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUCIANO SALES BARROS
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • RODRIGO ANDRADE RAMOS
  • Data: 02/07/2021

  • Mostrar Resumo
  • Em sistemas modernos, a tecnologia de transmissão de corrente contínua de alta tensão multiterminal (MTDC) tem sido considerada a tecnologia-chave para a transmissão de energia elétrica em grandes distâncias, interconexões de rede assíncronas e sistemas conversores de energia eólica offshore (WECS). O objetivo principal de uma rede MTDC é compartilhar a energia entre as redes CA. Porém, esta tecnologia apresenta desafios em sua operação e controle. Portanto, para seu controle é necessário o uso de estratégias de sistema de controle adequadas, como mestre-escravo, tensão de margem, queda de tensão e suas combinações. Neste trabalho, é proposta uma modificação na malha de controle de tensão DC da estratégia de controle de tensão de margem com o objetivo de evitar a degradação do controle de corrente e aumentar a suportabilidade a distúrbios na rede elétrica. Esta modificação é baseada no controle de malha fechada da energia e na compensação do feed-forward da energia da rede CC. O desempenho do método proposto foi avaliado em uma topologia de sistema MTDC em malha de quatro terminais baseado no conversor modular multinível (MMC) sob condições de operação anormais e uma comparação com as estratégias de controle de queda de tensão e tensão de margem. Os cenários de operação consideram falhas comuns e desafiadoras para sistemas de controle de rede MTDC, como variação do fluxo de energia em uma estação conversora, circuito aberto de uma linha de transmissão CC e falha de uma estação conversora. O controle proposto apresentou o melhor desempenho, obtendo um novo equilíbrio do fluxo de potência com menos oscilações de potência e tensão.


  • Mostrar Abstract
  • In modern systems, multi-terminal high-voltage Direct Current (MTDC) transmission technology has been considered the key technology for long-distant bulk electric power transmission, asynchronous grid interconnections, and offshore wind energy converter systems (WECS). The main purpose of an MTDC grid is to share power among the AC grids. However, this technology presents challenges in its operation and control. Therefore, for its control is necessary the use of appropriate control system strategies, such as master-slave, margin voltage, voltage droop, and their combinations. In this work, it is proposed a modification in the DC voltage control loop of the margin voltage control strategy aiming to avoid degradation of current control and to increase the supportability to disturbances in the power grid. This modification is based on closed-loop control of the power and feed-forward compensation of the DC grid power. The performance of the proposed method was assessed in a four-terminal meshed MTDC system topology based on the multilevel modular converter (MMC) under abnormal operating conditions and a comparison with the margin voltage and voltage droop control strategies was accomplished. The operation scenarios consider challenging and common failures for MTDC network control systems such as power flow variation in a converter station, open-circuit of a DC transmission line, and failure of a converter station. The proposed control presented the best performance, obtaining a new balance of power flow with less power and voltage oscillations.

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  • ISMAEL ALVES DE AZEVEDO
  • Comparação de Estratégias de Controle para Sistemas de Conversão de Energia Eólica Baseados no Gerador de Indução Gaiola de Esquilo

  • Orientador : LUCIANO SALES BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUCIANO SALES BARROS
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • DANIEL BARBOSA
  • Data: 05/07/2021

  • Mostrar Resumo
  • O gerador de indução em gaiola de esquilo é uma alternativa robusta e de baixo custo aos sistemas de conversão
    de energia eólica de velocidade variável. Para este tipo de gerador, o controle de torque direto, o controle direto
    orientado ao campo do rotor, o controle direto do rotor orientado ao campo, o controle de escorregamento e o
    controle de escorregamento do fluxo do rotor podem ser usados para rastreamento do ponto de potência máxima.
    O controle de escorregamento de fluxo do estator e o controle de torque direto possuem esquemas simples com
    respostas dinâmicas rápidas, uma vez que não possuem controladores de corrente internos. No entanto, o controle
    de escorregamento do fluxo do estator apresenta alta corrente de inrush e resposta dinâmica pobre e o controle de
    torque direto apresenta ondulações de alto torque e baixo desempenho em baixas velocidades. Por outro lado, o 
    controle de deslizamento do fluxo do rotor, o controle orientado ao campo do estator direto e o controle orientado 
    ao campo do rotor direto têm uma resposta dinâmica rápida, baixa corrente de inrush e baixo erro no 
    rastreamento do ponto de potência máxima, mas têm controladores de corrente e oferecem um maior
     complexidade no projeto de controle. O objetivo deste trabalho é definir a estratégia de controle mais adequada
     avaliando os seguintes índices de desempenho simultaneamente: rastreamento do ponto de potência máxima,
    distorção harmônica total, corrente de inrush e resposta dinâmica. Simulações são realizadas para analisar o
     desempenho das estratégias de controle. Os testes foram realizados para as cinco estratégias de controle e o
     controle direcionado ao campo rotor direto apresentou o melhor trade off considerando o rastreamento do ponto
     de potência máxima, distorção harmônica total e desempenho dinâmico, apesar de não ter a melhor corrente de
     inrush.

  • Mostrar Abstract
  • The squirrel cage induction generator is a robust and low cost alternative to variable speed wind energy conversion systems. For this type of generator, direct torque control, direct stator-field-oriented control, direct rotor-field-oriented control, stator-flux slip control and rotor-flux slip control can be used for maximum power point tracking. Stator-flux slip control and direct torque control have simple schemes with fast dynamic responses, since they do not have internal current controllers. However, stator-flux slip control presents high inrush-current and a poor dynamic response and direct torque control presents high torque ripples and poor performance at low speeds. On the other hand, rotor-flux slip control, direct stator-field-oriented control and direct rotor-field-oriented control have fast dynamic response, low inrush current and low error at maximum power point tracking, but have current controllers and offer a larger complexity in the control design. The objective of this work is to define the most suitable control strategy by evaluating the following performance indexes simultaneously: maximum power point tracking, total harmonic distortion, inrush current and dynamic response. Simulations are performed in order to analyze the performance of the control strategies. Tests were carried out for the five control strategies and the direct rotor-field-oriented control presented the best trade off considering maximum power point tracking, total harmonic distortion and dynamic performance, despite it does not have the best inrush current.

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  • DANIEL DE LUCENA FLOR
  • Caracterização de Ruído Acústico dentro de Veículos com Diferentes Condições de Tráfego

  • Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EMANUEL BEZERRA RODRIGUES
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • DANILO DE SANTANA PENA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • Data: 23/07/2021

  • Mostrar Resumo
  • Este trabalho tem como objetivo analisar o ruído acústico presente no interior de um veículo em várias situações de tráfego, realizando uma comparação de diferentes modelos estatísticos usados para se caracterizar a impulsividade do ruído. Inicialmente, apresenta-se a importância do estudo de qualidade sonora para o desenvolvimento de aplicações de multimídia e controle e de veículos inteligentes. Em seguida, são discutidos estudos já realizados sobre o canal acústico dentro de veículos, bem como as abordagens usadas para se modelar estatisticamente esse tipo de canal. O setup de medição utilizado e uma análise dos dados coletados são apresentados, demonstrando quais dos fatores estudados mais contribuem para os níveis e para o grau de impulsividade do ruído interno.


  • Mostrar Abstract
  • This work aims to analyze the interior acoustic noise in a vehicle under several traffic conditions by comparing different statistical models used for evaluating noise impulsiveness. Initially, we present the importance of studying the sound quality for the development of multimedia and control applications and of smart vehicles. Next, we discuss previous works on the acoustic channel inside vehicles, as well as the approaches to statistically model this type of channel. The measurement setup we used and the analyses of the collected data are presented in order to highlight which measurements conditions contribute the most to the interior noise levels and to impulsivity.

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  • GABRIEL LUCAS ALBUQUERQUE MAIA SIGNORETTI
  • Um algoritmo online e evolutivo para compressão automática de dados em cenários de IoT


  • Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GUSTAVO BEZERRA PAZ LEITAO
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • JUAN MOISES MAURICIO VILLANUEVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • Data: 23/07/2021

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  • Com o avanço e adoção em massa de soluções no campo de Internet das Coisas (IoT) e cidades conectadas, o número de dispositivos e sensores conectados à rede tende a crescer exponencialmente. Nesse cenário, a transmissão e armazenamento do crescente volume de dados trazem novos desafios. Quando dispositivos transmitem dados potencialmente irrelevantes ou redundantes, há um maior gasto de energia e processamento, além do uso desnecessário do canal de comunicação. Dessa forma, soluções de compressão de dados  localmente nos próprios dispositivos de IoT se tornam cada vez mais atrativas, possibilitando a eliminação de amostras que teriam pouca ou nenhuma contribuição para a aplicação, de forma a reduzir significativamente o volume de dados necessários para representar as informações. No entanto, tais dispositivos presentes hoje no mercado tem sérias limitações de armazenamento e poder de processamento. A fim de circundar tais limitações, surge o campo de TinyML, que busca maneiras de implementar modelos de aprendizado de máquina em dispositivos de baixa potência. Dado esse contexto, um dos setores que mais pode se beneficiar dessas novas tecnologias é a indústria automobilística, pois atualmente todos os carros produzidos devem ser instrumentados com uma série de sensores. Dessa forma, ao conectar um dispositivo inteligente no veículo, é possível fazer um processamento local dos dados e transmiti-los para um servidor remoto posteriormente. Nesse contexto, o presente trabalho propõe o desenvolvimento de um novo algoritmo de compressão de dados online, não supervisionado, e automaticamente adaptável para aplicações de IoT.  A abordagem proposta é chamada de Tiny Anomaly Compressor (TAC) e é baseada na excentricidade de dados e não requer modelos matemáticos previamente estabelecidos ou quaisquer suposições sobre a distribuição de dados. Para testar a eficácia da solução e validá-la foram realizados dois testes com diferentes objetivos. Primeiramente foi desenvolvida uma análise comparativa em dois conjuntos de dados do mundo real com dois outros algoritmos da literatura, o Swing Door Trending (SDT) e o Discrete Cosine Transform (DCT). Por fim, a proposta foi embarcada em um dispositivo IoT baseado em um Arduino e conectado a um carro com o propósito de verificar o impacto do algoritmo no tempo de processamento das operações primárias do sistema. Resultados preliminares mostram ser possível alcançar significativas taxas de compressão sem impactos significativos no erro gerado e no processamento do sistema.



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  • With the advancement and mass adoption of solutions in the fields of Internet of Things (IoT) and connected cities, the number of devices and sensors connected to the network tends to grow exponentially. In this scenario, the transmission and storage of the growing volume of data bring new challenges. When devices transmit potentially irrelevant or redundant data, there is increased energy and processing waste, as well as unnecessary use of the communication channel. Thus, local data compression solutions on the IoT devices themselves become increasingly attractive, enabling the elimination of samples that would have little or no contribution to the application, in order to significantly reduce the volume of data needed to represent the information. However, such devices present on the market today have serious storage and processing power limitations. In order to circumvent these limitations, the TinyML field emerges, which seeks ways to implement machine learning models in low-power devices. Given this context, one of the sectors that can benefit most from these new technologies is the automobile industry, as currently all cars produced must be instrumented with a series of sensors. In this way, by connecting an intelligent device to the vehicle, it is possible to process the data locally and transmit it to a remote server later. In this context, the present work proposes the development of a new online, unsupervised, and automatically adaptable data compression algorithm for IoT applications. The proposed approach is called Tiny Anomaly Compressor (TAC) and is based on data eccentricity and does not require pre-established mathematical models or any assumptions about data distribution. To test the effectiveness of the solution and validate it, two tests were carried out with different objectives. First, a comparative analysis on two real-world datasets was developed with two other algorithms from the literature, the Swing Door Trending (SDT) and the Discrete Cosine Transform (DCT). Finally, the proposal was embedded in an IoT device based on an Arduino and connected to a car to verify the impact of the algorithm on the processing time of the system's primary operations. Preliminary results show that it is possible to achieve significant compression rates without significant impacts on the generated error and system processing.

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  • ANA THERESA FERNANDES DE OLIVEIRA MANCINI
  • Projeto de Controladores por Realimentação de Saída Dinâmica para Sistemas Lineares com Restrições

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AMANDA DANIELLE OLIVEIRA DA SILVA DANTAS
  • ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • Data: 04/08/2021

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  • Neste trabalho pretende-se propor uma melhoria no projeto de controladores por realimentação de saída usando conjuntos invariantes. Conjuntos invariantes controlados têm sido muito utilizados para a solução de problemas de sistemas com restrições. Apesar de já ter sido bem estudado no controle por realimentação de estados, o uso de conjuntos invariantes controlados para realimentação de saída ainda é pouco explorado. O observador de estados é incorporado à estrutura do compensador, a fim de obter um compensador dinâmico. O conjunto invariante controlado por realimentação de saída proposto é construído a partir de um conjunto invariante condicionado e um conjunto invariante controlado. A incerteza dos estados é reduzida usando a contração do conjunto invariante condicionado. Uma estratégia de controle por realimentação de saída é minimizar a um passo a distância dos estados admissíveis para a origem. Aqui propomos a otimização desta estratégia a partir do uso do resultado do problema de programação linear como uma informação adicional no cálculo da próxima ação de controle de forma a acelerar a convergência. Também são analisados os resultados obtidos a partir da estratégia de otimização usando o conjunto invariante condicionado como alvo para a otimização da distância à origem. Primeiro é apresentada a teoria de conjuntos invariantes e sua aplicação no controle por realimentação de estados. Em seguida são apresentadas as estratégias para a realimentação de saída estática e dinâmica sem o uso da informação adicional no cálculo da ação de controle. Por fim, é apresentado o projeto de controladores por realimentação de saída dinâmica e estática usando as estratégias de otimização com a informação adicional e são comparados os resultados obtidos com ambas as estratégias.


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  • In this work an improvement in the design of output feedback controllers using invariant sets is proposed. Controlled invariant sets have been widely used to solve constrained systems problems. Despite having been well studied in state feedback control, the use of controlled invariant sets for output feedback is still little explored. A state observer is incorporated into the compensator structure in order to obtain a dynamic compensator. The proposed output feedback controlled invariant set is constructed from a conditioned invariant set and a controlled invariant set. The uncertainty of states is reduced using the contraction of the conditioned invariant set. An output feedback control strategy is to minimize the admissible states consistent with the measurements one step ahead. Here we propose the optimization of this strategy by using the result of the linear programming problem as an additional information in the calculation of the next control action in order to accelerate convergence. Results obtained from the optimization strategy using the conditioned invariant set as a target for the optimization of the distance to the origin are also analyzed. First, the theory of invariant sets and its application in state feedback control is presented. Next, the strategies for static and dynamic output feedback are presented without the use of additional information in the calculation of the control action. Finally, the design of output dynamic and static feedback controllers using the optimization strategies with additional information is presented and the results obtained with both strategies are compared.

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  • MILLENA MICHELY DE MEDEIROS CAMPOS
  • Classificando o Número de Pessoas em um Ambiente via Sinal RF: uma Abordagem Aplicando Aprendizado de Máquina

  • Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDUARDO RODRIGUES DE LIMA
  • LEONARDO HENRIQUE GONSIOROSKI FURTADO DA SILVA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • ÁLVARO AUGUSTO MACHADO DE MEDEIROS
  • Data: 26/08/2021

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  • Este trabalho propõe uma técnica para contagem de pessoas em um ambiente já povoado. Incialmente, é feito um levantamento das tecnologias e soluções concebidas para este fim. Como prova de conceito, é feita a análise de uma solução de contagem para um número reduzido de pessoas, aplicando aprendizado de máquina à estatística descritiva de um sinal RF. Finalmente, são apresentados os resultados de classificação para um cenário mais realista, com até 350 pessoas no ambiente, utilizando um sistema de medição de rádio definido por software para a coleta de dados. Os resultados demostram precisão significativa na contagem do número de pessoas por classificação em grupos de indivíduos.


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  • This work proposes a technique for counting people in an already populated environment. Initially, a survey is made of the technologies and solutions designed for this purpose. As a proof of concept, a counting solution is analyzed for a small number of people, applying machine learning to the descriptive statistics of an RF signal. Finally, the classification results are presented for a more realistic scenario, with up to 350 people in the environment, using a software-defined radio measurement system for data collection. The results show significant precision in counting the number of people by classification in groups of individuals.

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  • RAFFAEL SADITE CORDOVILLE GOMES DE LIMA
  • Um receptor de ultrabaixa energia definido por software paralelo para um sistema de encaminhamento de mensagens por satélite

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • KAYO GONCALVES E SILVA
  • TIAGO TAVARES LEITE BARROS
  • HENRIQUE COTA DE FREITAS
  • JOSÉ MARCELO LIMA DUARTE
  • Data: 17/09/2021

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  • Os nanossatélites se tornaram a solução padrão para a maioria dos sistemas espaciais que operam em órbita terrestre baixa (LEO). No entanto, esta categoria de satélite impõe fortes restrições ao consumo de energia de seus subsistemas devido ao pequeno tamanho de seus painéis solares. Este trabalho apresenta um receptor Phase Shift Keying (PSK) multiusuário definido por software paralelo para uma carga útil de nanossatélite que servirá o Global Open coLlecting Data System (GOLDS), um sistema de armazenamento e encaminhamento de mensagens. Para isso, escolhemos o GAP8, um  microprocessador de múltiplos núcleos RISC-V. Utilizamos uma abordagem paralela e a escala dinâmica de tensão e frequência (DVFS) para implementar processamento de sinal complexo garantindo baixo consumo de energia e atendendo às condições de operação em tempo real. Os sinais de entrada do receptor são sinais de rajada ±π/3-PSK codificados em 400 bps de plataformas terrestres, e o canal de comunicação foi modelado como AWGN com um desvanecimento plano independente por sinal PSK. Um modelo de referência MATLAB foi usado para validação funcional da implementação proposta. Até 12 sinais podem ser decodificados simultaneamente, exigindo um consumo máximo de potência de 41 mW. O uso de DVFS proporcionou uma economia máxima de 43% na potência dissipada e 12% no consumo de energia.


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  • In the beginning, satellite communications faced a major challenge of putting complex on-board processing, due to the high cost, energy consumption, weight, and volume of the equipment. With the advancement of microelectronics, today we have miniaturized devices with low cost and low power consumption. The CubeSat standard is an alternative for replacing large satellites in specific applications, due to its size, there are restrictions on energy consumption. In this paper, we present a parallel implementation of pi/3-Phase Shift Keying multi-user receiver in the GAP8 Parallel Ultra-Low Power processor for low earth orbit (LEO) nanosatellite communication system. The near-threshold operation will guarantee high energy efficiency and parallelism with high-efficiency processing. The system consists of pi/3-PSK signals transmitted by terrestrial platforms, satellite links, noise, and receiver. The noise channel that was used in the system is Additive White Gaussian Noise (AWGN), loss of power due to the satellite communication link is considered. The Channel coding that was used in Manchester. A MatLab implementation of the receiver will be used as a reference model for validating the receiver implementation on GAP8. The receiver validation in GAP8 will be done by comparing its output with that of the reference model for the same input.

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  • IAN DA SILVA VIGANÓ
  • Teoria Fuzzy Intervalar Aplicada no Controle de um Sistema de Levitação Magnética

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MÁRCIA LISSANDRA MACHADO PRADO
  • OSCAR GABRIEL FILHO
  • Data: 18/10/2021

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  • A levitação magnética atrai muito interesse da comunidade acadêmica, atualmente, por possuir um grande potencial em apresentar tecnologias promissoras ao mercado, principalmente no setor de transporte de passageiros e cargas e na área industrial, gerando umgrande impacto positivo para a sociedade e contribuindo para o seu bem-estar. Sob essa premissa este trabalho propõe analisar a a aplicação do controle fuzzy intervalar do tipo-2 como uma melhor alternativa para a concepção de controladores para sistemas dessa classe, analisando as características positivas da aplicação desta técnica de controle em face da técnica fuzzy do tipo-1. Os controladores foram projetados e sintonizados manualmente, afim de observar se o grau de liberdade extra provido pela técnica fuzzy intervalar apresenta uma performance superior. Os resultados experimentais mostram que o controlador fuzzy intervalar proporciona um desempenho superior a sua contraparte do tipo-1 em diversos aspectos. Com essa metodologia as melhores características das diversas classes dos sistemas de controle podem ser combinadas para a realização de um esquema de controle mais eficiente e inteligente.


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  • Magnetic levitation teory attracts a lot of interest from the academic community currently, as it has a great potential in present promising technologies to the market, mainly in the passenger and cargo transportation sector and in the industrial sector, providing a great positive impact for society and contributing to the your well-being. Under this premise this work proposes to analyze the application of type-2 fuzzy control as a better alternative for control design for systems of this class, analyzing the positive characteristics of the application of this control technique in the face of type-1 fuzzy. The controllers were designed and tuned manually, in order to observe if the extra degree of freedom provided by the type-2 fuzzy technique presents a superior performance. The experimental results show that the type-2 fuzzy controller provides a superior performance to its type-1 counterpart in different aspects. With this methodology, the best characteristics of the different classes of control systems can be combined to achieve a more efficient and intelligent control scheme.

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  • WYSTERLANYA KYURY PEREIRA BARROS
  • Proposta de Implementação em Hardware do Método de Otsu Aplicado ao Rastreamento em Tempo Real de Vermes

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AGOSTINHO DE MEDEIROS BRITO JUNIOR
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MARCO ANTONIO GARCIA DE CARVALHO
  • RAFAEL BESERRA GOMES
  • Data: 17/11/2021

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  • Estudos sobre a genômica comportamental empregando o verme Caenorhabditis elegans têm auxiliado a descoberta de novas associações gene-comportamentais e a triagem de  novas drogas. Os experimentos envolvendo esse verme são gravados por câmeras de alta resolução, gerando vídeos que serão posteriormente processados por soluções computacionais para análise comportamental automatizada. Devido o grande volume de dados para ser processado, essas análises são geralmente realizadas offline. Contudo, deseja-se desenvolver uma implementação de alto throughput capaz de operar em tempo real, buscando reduzir a ocupação de memória pelo armazenamento dos vídeos e permitir a realização de novos tipos de experimentos. Uma maneira de acelerar os algoritmos empregados é através do uso de computação reconfigurável. Diante disso, este trabalho propõe o desenvolvimento em hardware do método de Otsu para a segmentação dos vermes em tempo real. A implementação proposta foi desenvolvida em Field Programmable Gate Array (FPGA) utilizando uma estratégia totalmente paralela com representação em ponto fixo. Os detalhes da arquitetura são apresentados, assim como resultados de síntese relacionados a área de ocupação, tempo de processamento e consumo de potência dinâmica. Também são fornecidos resultados sobre a validação da implementação utilizando imagens dos vermes. Os dados mostram que a arquitetura proposta consegue obter elevados speedups em comparação com trabalhos semelhantes apresentados na literatura, além de permitir a segmentação dos vermes em tempo real.


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  • Behavioral genomic studies employing the worm Caenorhabditis elegans have aided the discovery of new gene-behavioral associations and the screening of new drugs. High-resolution cameras record experiments with this worm, generating videos that computational solutions will later process for automated behavioral analysis. Because of the large volume of data to be processed, these analyses usually have to be performed offline. However, it is desired to develop a high-throughput implementation capable of operating in real-time, seeking to reduce the memory occupation by storing videos and allow the realization of new kinds of experiments. One way to speed up the algorithms employed is through the use of reconfigurable computing. Therefore, this work proposes the hardware development of the Otsu method for worm segmentation in real-time. The proposed implementation was developed in Field Programmable Gate Array (FPGA) using a fully parallel strategy with fixed-point representation. Architecture details are presented, as well as synthesis results related to the hardware area occupation, throughput, and dynamic power consumption. Results about validation of the implementation using images of the worms are also provided. The data show that the proposed architecture can achieve high speedups compared to similar work presented in the literature, besides allowing the segmentation of worms in real-time

Teses
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  • THIAGO HENRIQUE FREIRE DE OLIVEIRA
  • Algoritmos de Aprendizagem por Reforço para Problemas de Otimização Multiobjetivo

  • Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • ALUIZIO FAUSTO RIBEIRO ARAÚJO
  • DANIEL SABINO AMORIM DE ARAUJO
  • FRANCISCO CHAGAS DE LIMA JUNIOR
  • JORGE DANTAS DE MELO
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • Data: 11/01/2021

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  • Problemas de otimização multiobjetivo retratam situações reais e por isso, esta classe de problemas é extremamente importante. No entanto, mesmo já sendo estudada há décadas, esta classe de problemas continua a proporcionar situações desafiadoras, ainda mais pela persistente carência de técnicas eficazes. Dentre todas as dificuldades que podemos encontrar na otimização de múltiplos objetivos simultaneamente, sejam eles conflitantes ou não, uma das principais dificuldades encontradas pelos algoritmos e abordagens existentes é a necessidade de conhecimento a priori do problema, ocasionando em uma predefinição da importância para cada um dos objetivos. Já quando tratamos esta classe de problemas por meio da aprendizagem por reforço, duas abordagens são predominantes: política única (single-policy) e múltiplas políticas (multi-policy). Algoritmos e técnicas que utilizam a primeira abordagem sofrem com a necessidade de conhecimento prévio do problema, característica inerente dos problemas multiobjetivo. Já a segunda abordagem possui outras dificuldades, tais como: limitação do conjunto de soluções e elevado custo computacional. Diante deste contexto apresentado, o trabalho propõe dois algoritmos híbridos, chamados de Q-Managed with reset e Q-Managed without reset. Ambos são uma hibridização do algoritmo Q-Learning e à abordagem ε−constraint, respectiva- mente pertencentes à aprendizagem por reforço e otimização multiobjetivo. De forma resumida, os algoritmos propostos atuam da seguinte forma: o Q-Learning é utilizado para a exploração do ambiente, enquanto que à abordagem ε−constraint é utilizada para a delimitação dinâmica do ambiente, permitindo manter intacta a essência de como o algoritmo Q-Learning atua. Essa delimitação tem a seguinte finalidade: impor que o agente de aprendizagem possa aprender outras soluções por meio do bloqueio de ações que o levem a soluções já aprendidas e sem melhoria das mesmas, ou seja, soluções para qual o agente de aprendizagem já convergiu. Tal característica do bloqueio de ações é realizada pela figura de um gerente (Manager), onde o mesmo é responsável por observar tudo o que ocorre no ambiente. Com relação a diferença entre os algoritmos propostos, basicamente trata-se da escolha de aproveitar ou não o conhecimento já adquirido do ambiente após uma solução ser considerada aprendida, ou seja, o agente de aprendizado ter convergido para uma determinada solução. Como forma de testar a eficácia das duas versões do Q-Managed, foram utilizados benchmarks tradicionais, os quais também foram adotados em outros trabalhos, permitindo assim uma comparação mais justa. Assim, duas abordagens comparativas foram adotadas, sendo a primeira delas por meio da implementação dos algoritmos de terceiros para uma comparação direta, enquanto que a segunda se deu por meio de uma métrica comum a todos que utilizaram os mesmos benchmarks. Em todos os testes possíveis, os algoritmos aqui propostos se mostraram eficazes, sempre encontrando toda a Fronteira de Pareto.


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  • Multi-objective optimization problems depict real situations and therefore, this class of problems is extremely important. However, even though it has been studied for decades, this class of problems continues to provide challenging situations, especially by the continuing lack of effective techniques. Among all the difficulties that we can find in the optimization of multiple objectives simultaneously, whether conflicting or not, one of the main difficulties found by the algorithms and existing approaches is the need for a priori knowledge of the problem, causing a predefined importance for each of the objectives. When dealing with this class of problems through reinforcement learning, two approaches are predominant: single policy (single-policy) and multiple policies (multi-policy). Algorithms and techniques that use the first approach suffer from the need for prior knowledge of the problem, an inherent characteristic of multi-objective problems. The second approach has other difficulties, such as: limiting the set of solutions and high computational cost. Given this presented context, the work proposes two hybrid algorithms, called Q-Managed with reset and Q-Managed without reset. Both are a hybridization of the Q-learning algorithm and the ε−constraint approach, respectively belonging to reinforcement learning and multi-objective optimization. In summary, the proposed algorithms work as follows: Q- Learning is used for environment exploration, while the ε−constraint approach is used for the environment dynamic delimitation, allowing to keep intact the essence of how the algorithm Q-Learning works. This delimitation has the following purpose: to impose the learning agent can learn other solutions by blocking actions that lead to solutions already learned and without improving them, that is, solutions to which the learning agent has already converged. This blocking actions feature is performed by the figure of a manager, where it is responsible for observing everything that occurs in the environment. Regarding the difference between the proposed algorithms, basically it is the choice of whether or not to take advantage of the knowledge already acquired of the environment after a solution is considered to be learned, that is, the learning agent has converged to a particular solution. As a way of testing the effectiveness of Q-Managed two versions, traditional benchmarks were used, which were also adopted in other works, thus allowing a fairer comparison. Thus, two comparative approaches were adopted, the first of which was through the implementation of third-party algorithms for direct comparison, while the second was done through a common metric to everyone who used the same benchmarks. In all possible tests, the algorithms proposed here proved to be effective, always finding the entire Pareto Front.

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  • SÉRGIO NATAN SILVA
  • Computação reconfigurável aplicada à redução de latência em sistemas de controle e predição associados a internet tátil

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • JOSÉ CLÁUDIO VIEIRA E SILVA JUNIOR
  • LEONARDO ALVES DIAS
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • Data: 28/01/2021

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  • A internet tátil é o atual avanço tecnológico para a Internet. Os dispositivos associados a este novo paradigma da internet serão responsáveis por aplicações do tipo homem-máquina com envio de informações de toque, bem como os demais estímulos já antes enviados. Dessa forma, é preciso garantir uma latência muito baixa entre os dispositivos que compõem a interação tátil. Essa latência está associada ao tempo de propagação da informação pelo canal de comunicação, poder de processamento dos dispositivos locais, complexidade das técnicas em execução, entre outros. Nesse viés, este trabalho propõe o uso de hardwares dedicados baseados em computação reconfigurável para reduzir a latência em sistemas de controle e predição aplicados a internet tátil. São propostas duas abordagens para tratar a problemática da latência. Na primeira abordagem é proposto um hardware reconfigurável para um sistema de controle inteligente baseado em lógica Fuzzy. O sistema é um controlador do tipo Takagi - Sugeno Fuzzy-PI que se propõe a reduzir a latência associada ao processamento dos dados controle de uma ferramenta tátil. A implementação usa uma estratégia totalmente paralela associada a um esquema de formato de bit híbrido (ponto fixo e ponto flutuante). Na segunda abordagem é proposta a implementação em hardware reconfigurável de técnicas de predição lineares e não-lineares. No caso não-linear é utilizada uma técnica baseada em redes neurais artificiais do tipo Perceptron de múltiplas camadas. Nesta abordagem as técnicas de predição são utilizadas para minimizar os impactos causados por atrasos e perda de informações associados a internet tátil. As propostas foram testadas para uma field programmable gate array (FPGA) na plataforma Virtex 6 xc6vlx240t-1ff1156. São apresentados dados relacionados a ocupação em hardware e throughput associados a plataforma alvo, bem como comparação entre resultados através de simulação e implementações em hardware dedicado. Os resultados se mostram superiores aos apresentados em outros trabalhos presentes na literatura.


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  • Tactile internet is the current technological advance for the Internet. The devices associated with this new internet paradigm will be responsible for man-machine applications with the sending of touch information and the other stimuli already sent. Thus, it is necessary to guarantee an extremely low latency between the devices that make up the tactile interaction. This latency is associated with propagating information through the communication channel, processing power of local devices, and complexity of the techniques being executed, among others. Accordingly, this work proposes using dedicated hardware-based reconfigurable computing to reduce latency in control and prediction systems applied to tactile Internet. Two approaches are proposed to address the problem of latency. In the first approach, reconfigurable hardware is proposed for an intelligent control system based on Fuzzy logic. The system is a Takagi - Sugeno Fuzzy-PI type controller that aims to reduce the latency associated with processing data using a tactile tool. The implementation uses a fully parallel strategy associated with a hybrid bit format scheme (fixed-point and floating-point). In the second approach, the implementation in reconfigurable hardware of linear and nonlinear prediction techniques is proposed. In the nonlinear case, a technique based on multilayer Perceptron artificial neural networks is used. In this approach, prediction techniques are used to minimize the impacts caused by delays and loss of information associated with tactile Internet. The proposals were tested for a field-programmable gate array (FPGA) on the Virtex 6 xc6vlx240t-1ff1156 platform. Data related to hardware occupation and throughput associated with the target platform are presented, and a comparison between results through simulation and implementations in dedicated hardware. The results are superior to those presented in other studies in the literature.

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  • AUGUSTO CÉSAR REBOUÇAS DE BRITO
  • ANTENA BOW-TIE INTEGRADA A UMA FSS REFLETORA PARA APLICAÇÕES EM SISTEMAS 5G

  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • CRISTHIANNE DE FATIMA LINHARES DE VASCONCELOS
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • CUSTÓDIO JOSÉ OLIVEIRA PEIXEIRO
  • JOSE DE RIBAMAR SILVA OLIVEIRA
  • Data: 02/02/2021

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  • Nos últimos anos, os avanços observados nos sistemas de comunicações sem fio (wireless communication systems) e o crescimento do número de suas aplicações tornaram atrativo o uso de antenas compactas de multibanda e de banda larga, tanto para aplicações em sistemas de comunicações comerciais como militares. Os exemplos mais comuns são encontrados na variedade de aparelhos portáteis de comunicação sem fio, tais como: smartphones, handsets, palmtops e laptops, dentre outros. O desenvolvimento de diferentes tecnologias sem fio, a exemplo do GSM (Sistema Global para Comunicações Móveis), RFID (Identificação por Rádio Frequência), Bluetooth, Wi-Fi e WiMAX, tem servido de motivação para impulsionar as pesquisas na busca por dispositivos mais leves, compactos e de custo reduzido, como é o caso das antenas planares em microfita. O desenvolvimento de antenas com estas características ainda é um desafio às pesquisas atuais. Este trabalho objetiva o estudo, o projeto, a fabricação e a medição de novas geometrias de antenas planares, com aberturas no plano de terra e utilização de FSS (Frequency Selective Surface), visando à redução das suas dimensões, volume e peso bem como aumento do ganho das antenas, para atender às demandas dos serviços ofertados pelos Sistemas Móveis 5G, por exemplo. A inserção de camadas de ar entre a antena e a estrutura FSS também foi utilizada visando um maior grau de liberdade para ajuste das frequências de ressonâncias. Simulações computacionais com objetivo de predizer os valores dos parâmetros que caracterizem as estruturas propostas foram realizadas através dos softwares CST e HFSS 13.0. Protótipos foram fabricados e medidos. Uma boa concordância foi observada entre os resultados simulados e medidos.


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  • In recent years, advances in wireless communication systems and the growth in the number of applications have made it attractive to use compact multiband and broadband antennas for both commercial and military communications. The most common examples are found in the variety of portable wireless communication devices, such as: smartphones, handsets, palmtops and laptops, among others. The development of different wireless technologies, such as GSM (Global System for Mobile Communications), RFID (Radio Frequency Identification), Bluetooth, Wi-Fi and WiMAX, has served as a motivation to boost searches in search of lighter devices , compact and low cost, as is the case of planar microstrip antennas. The development of antennas with these characteristics is still a challenge to current research. This work aims at the study, design, manufacture and measurement of new planar antenna geometries, with openings in the ground plane and the use of FSS (Frequency Selective Surface), aiming to reduce its size, volume and weight as well as gain of antennas, to meet the demands of the services offered by the Mobile Systems 5G, for example. The insertion of air layers between the antenna and the EBG structure was also used aiming at a greater degree of freedom to adjust the resonant frequencies. Computational simulations with the objective of predicting the values of the parameters that characterize the proposed structures were performed through the CST and HFSS 13.0 softwares. Prototypes were manufactured and measured. A good agreement was observed between the simulated and measured results.

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  • ANDOUGLAS GONÇALVES DA SILVA JÚNIOR
  • Projeção holográfica com aprendizado profundo para detecção de micropartículas em amostras de água

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • VITTORIO BIANCO
  • COSIMO DISTANTE
  • ESTEBAN WALTER GONZALEZ CLUA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • Data: 05/02/2021

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  • Esta tese propõe um sistema holográfico completo para ser aplicado em pesquisa científica e em monitoramento, que é capaz de detectar micropartículas a partir da projeção holográfica de amostras de água, usando uma abordagem de deep learning. O sistema proposto nesta tese utiliza técnicas de holografia digital para adquirir hologramas dessas partículas (um dispositivo foi construído para isso), reconstruí-las numericamente obtendo informações de fase e intensidade, e classificá-las usando modelos de aprendizado de máquina. Além disso, desenvolvemos um aplicativo na web capaz de realizar todas as etapas da reconstrução do holograma e do processo de classificação uitlizando-se dos modelos treinados, que também está disponível. A necessidade de estudos sobre partículas que são invisíveis a olho nu e que podem ser perigosas para a saúde dos seres vivos é um tema cada vez mais importante de pesquisa e há muitas preocupações a respeito. Um exemplo são os diversos tipos de microplásticos encontrados em grande escala em diferentes partes do planeta, até mesmo dentro do corpo humano. Outra partícula que pode ajudar a identificar microplásticos e que pode ser usada para calcular bioindicadores de qualidade da água são as diatomáceas. A detecção de microplásticos e diatomáceas está sujeita a estudos difíceis devido ao seu tamanho, na ordem do micrômetro.


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  • This thesis proposes a complete holographic system to be applied in scientific research and monitoring, which is able to detect microparticles from the holographic projection of water samples, using a deep learning approach. The system proposed in this thesis uses digital holography techniques to acquire holograms from these particles (a device was built for this purpose), reconstruct them numerically by obtaining phase and intensity information, and classify them using machine learning models. In addition, we have developed an application on the web capable of performing all stages of the hologram reconstruction and the classification process using trained models, which is also available. The need for studies on particles that are invisible to the naked eye and that can be dangerous to the health of living beings is an increasingly important research topic and there are many concerns about it. An example is the various types of microplastics found on a large scale in different parts of the planet, even within the human body. Another particle that can help identify microplastics and that can be used to calculate bioindicators of water quality are diatoms. The detection of microplastics and diatoms is subject to difficult studies due to their size, in the order of the micrometer.

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  • ALEX FABIANO DE ARAÚJO FURTUNATO
  • Modelo analítico para predição de performance de aplicações paralelas em arquiteturas simétricas considerando variações no atraso de acesso aos dados

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • Arthur Francisco Lorenzon
  • EDSON BORIN
  • Data: 09/02/2021

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  • Vários modelos analíticos criados desde o trabalho pioneiro de Amdahl exploraram aspectos tais como variação no tamanho do problema, tamanho da memória, sobrecarga de comunicação e sobrecarga de sincronização, mas atrasos no acesso aos dados são considerados constantes. No entanto, esses atrasos podem variar, por exemplo, de acordo com o número de núcleos usados, com a relação entre as frequências do processador e da memória e com o tamanho do problema. Dados diferentes tamanhos de problemas e o grande número de configurações possíveis de frequência operacional e número de núcleos que as arquiteturas atuais podem oferecer, modelos de performance adequados para descrever tais variações entre essas configurações são bastante desejáveis para decisões de escalonamento offline ou online. Um novo modelo analítico de performance que considera variações no atraso médio de acesso a memória para descrever o efeito limitador da barreira de memória em aplicações paralelas em arquiteturas homogêneas de memória compartilhada é apresentado nesta tese. Os resultados experimentais indicam que a modelagem proposta captura bem o comportamento da aplicação. Além disso, mostramos que, levando em consideração parâmetros que refletem as características intrínsecas das aplicações, a proposta apresentada nesse trabalho tem vantagens significativas sobre modelos estatísticos como os baseados em aprendizagem de máquina. Nossos experimentos também mostram que a modelagem de aprendizagem de máquina convencional pode precisar de uma ordem de magnitude a mais de medições do que o modelo proposto para atingir o mesmo nível de acurácia alcançado pelo modelo proposto.



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  • Several analytical models created since Amdahl's pioneering work have explored aspects such as variation in the size of the problem, memory size, communication overhead, and synchronization overhead, but delays in accessing data are considered constant. However, such delays can vary, for example, according to the number of cores used, the relationship between processor and memory frequencies, and the problem's size. Given different problem sizes and the large number of possible configurations of operational frequency and number of cores than current architectures can offer, speedup models suitable for describing such variations among these configurations are quite desirable for offline or online scheduling decisions. A new analytical performance model that considers variations in the average data access delay to describe the limiting effect of the memory wall in parallel applications in homogeneous shared memory architectures is presented in this thesis. The experimental results indicate that the proposed modeling captures the application's behavior well. Besides, we show that considering parameters that reflect the applications' intrinsic characteristics, the proposal presented in this work has significant advantages over statistical models such as those based on machine learning. Our experiments also show that conventional machine learning modeling may need about an order of magnitude more measurements than the proposed model to achieve the same level of precision achieved by the proposed model.

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  • FELIPE FERREIRA DE ARAUJO
  • Aprimoramento de largura de banda de antena de microfita usando metasuperfície para aplicações em Wi-Fi 5 e 6

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • ALFREDO GOMES NETO
  • JEFFERSON COSTA E SILVA
  • Data: 18/02/2021

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  • As antenas de microfita são objeto de estudo em diversos campos de pesquisa devido a suas vantagens como: pequena espessura, peso reduzido e facilidades de integração a circuitos eletrônicos. Analogamente, a evolução observada no desenvolvimento de antenas de microfita, também foi notada em relação às metasuperfícies, versão bidimensional de um metamaterial. As metasuperfícies são materiais artificiais que não são encontrados na natureza e apresentam características eletromagnéticas não convencionais, como o índice de refração e os coeficientes de permissividade elétrica e permeabilidade magnética negativos, além disso, possuem a capacidade de utilização em estruturas planares, tais como a microfita, sem interferir em sua geometria tradicional. O objetivo desse trabalho é aumentar a largura de banda de uma antena de microfita usando um novo modelo de metasuperfície. Esta nova geometria é usada para gerar modos de alta ordem na antena e com rotação da metasuperfície em relação à antena podemos sobrepor os modos e obter uma grande largura de banda. A antena proposta apresentou largura de banda de 5,1 GHz a 8,0 GHz podendo ser aplicada em Wi-Fi 5 e 6. Resultados numéricos foram obtidos com o software Ansys HFSS. Um protótipo foi construído e medições para S11 e ganho foram realizadas. Os resultados numéricos e experimentais estão de acordo.


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  • The microstrip antennas are the object of study in several research fields due to their advantages such as: small thickness, reduced weight and easy integration of electronic circuits. Similarly, the evolution observed in the development of microstrip antennas has also been noted in relation to the metasurfaces, a two-dimensional version of a metamaterial. Metasurfaces are artificial materials that are not found in nature and have unconventional electromagnetic characteristics, such as the index of refraction and coefficients of electrical permittivity and negative magnetic permeability, in addition, they have the ability to be used in planar structures, such as microstrip, without interfering with its traditional geometry. The objective of this work is to increase the bandwidth of a microstrip antenna using a new metasurface model. This new geometry is used to generate high order modes in the antenna and with rotation of the metasurface in relation to the antenna we can overlap the modes and obtain a large bandwidth. The proposed antenna presents bandwidth from 5.1 GHz to 8.0 GHz and can be applied in Wi-Fi 5 and 6. Numerical results were chosen with the Ansys HFSS software. A prototype was built and built for S11 and gains were made. The numerical and experimental results are in agreement.

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  • PHILIPPI SEDIR GRILO DE MORAIS
  • Salus: Uma Arquitetura de Saúde Digital Aplicada à Gestão de Casos da Sífilis

  • Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GUILHERME MEDEIROS MACHADO
  • ANGELICA ESPINOSA BARBOSA MIRANDA
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • ION GARCIA MASCARENHAS DE ANDRADE
  • JAILTON CARLOS DE PAIVA
  • KARILANY DANTAS COUTINHO
  • LYANE RAMALHO CORTEZ
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • Data: 26/03/2021

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  • A sífilis no Brasil cresceu mais de 5000% entre 2012 e 2017, isso chamou a atenção do Ministério da Saúde que no ano de 2017 declarou que o Brasil vivia uma epidemia de sífilis. A face mais dura da sífilis está na transmissão vertical, ou seja, quando uma mulher gestante transmite o Treponema Pallidum para o seu bebê. O tribunal de Contas da União (TCU), por meio de uma auditoria séria e profunda a respeito do aumento dos casos de sífilis no Brasil, fez vários apontamentos e recomendações, dentre eles a necessidade de desenvolver ferramentas e tecnologias que possibilitem monitorar com maior eficiência a evolução da sífilis. Todavia, quando se trata de monitoramento é importante observar para além das questões epidemiológicas, diagnóstico, o cuidado, o tratamento e a cura. Esse fatores são importantes, por exemplo, para eliminar a transmissão vertical da sífilis e, consequentemente, a sífilis congênita, sendo esta última um dos maiores desafios para o Brasil. Neste contexto, é necessário, portanto, que as ações para o enfrentamento da sífilis no Brasil estejam coadunadas entre a Vigilância e a Atenção a Saúde. Essas duas áreas apesar de serem concebidas pelo Sistema Único de Saúde (SUS) como essencialmente articuladas entre si, atuam em grande parte do país de forma dicotômica, inclusive no próprio Ministério da Saúde. Isso ocorre algumas vezes pela falta de integração entre as equipes que atuam em espaço diferentes da saúde, ou porque as tecnologias disponibilizadas pelo DATASUS estão muito longe de compreenderem a necessidade de mediar uma lógica de integração entre essas áreas estratégicas do SUS. A presente tese de doutorado está, portanto, situada nesta dimensão, ela traz em sua discussão o desenvolvimento de uma arquitetura tecnológica que de fato é uma solução de saúde digital que média por meio tecnologia a integração entre a Vigilância e a Atenção a Saúde. Para tanto, incorpora em seu fluxo a gestão de casos da Sífilis no território, ou seja, no município, locais onde saúde mais se aproxima da população. Ao mesmo produz indicadores epidemiológicos e assistenciais sobre a sífilis. A construção e a validação desta arquitetura foi realizada no município de Natal-RN e toda a discussão entorno do desenvolvimento e aplicação são apresentadas nesta tese de doutorado.                   

     

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  • Syphilis in Brazil grew by over 5000% between 2012 and 2017, this drew the attention of the Ministry of Health, which in 2017 declared a syphilis epidemic Brazil. The hardest side of syphilis is in vertical transmission, that is, when a pregnant woman transmits Treponema Pallidum to her baby. The Federal Court of Accounts (TCU - Brazil), through a serious and in-depth audit regarding the increase in syphilis cases in Brazil, made several notes and recommendations, among them the need to develop tools and technologies that make it possible to monitor more efficiently the evolution of syphilis countrywide. However, when it comes to monitoring it is important to look beyond epidemiological issues, diagnosis, care, treatment and cure. These factors are important, for example, to eliminate vertical transmission of syphilis and, consequently, congenital syphilis, the latter being one of the greatest challenges for Brazil. In this context, it is necessary, therefore, that the actions to face syphilis in Brazil are coordinated between Health Surveillance and Health Care. These two areas, despite being conceived by the Brazilian Health System (SUS) as essentially articulated with each other, operate in a large part of the country in a dichotomous way, including in the Ministry of Health itself. This sometimes occurs due to the lack of integration between the teams that they work in different areas of health, or because the technologies made available by DATASUS are far from understanding the need to mediate a logic of integration between these strategic areas of SUS. The present doctoral thesis is, therefore, situated in this dimension, it brings in its discussion the development of a technological architecture that in fact is a digital health solution that mediates the integration between Health Surveillance and Health Care through technology. both, it incorporates in its flow the management of cases of Syphilis in the territory, that is, in the municipality, places where health is closest to the population. At the same time, it produces epidemiological and care indicators on syphilis. The construction and validation of this architecture was carried out in the city of Natal-RN and the entire discussion surrounding the development and application is presented in this doctoral thesis.


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  • EVANDRO AILSON DE FREITAS NUNES
  • Contribuições para a Estratégia de Controle Aplicadas ao Regulador Eletromagnético de Frequência (REF).

  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • RICARDO FERREIRA PINHEIRO
  • DARLAN ALEXANDRIA FERNANDES
  • PAULO VITOR SILVA
  • Data: 08/04/2021

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  • Atualmente, os incentivos à geração de energia elétrica a partir das fontes consideradas limpas vêm aumentando consideravelmente devido à escassez dos combustíveis fósseis, até então utilizados em abundância. Dentre essas fontes alternativas, a energia eólica é a que vêm recebendo especial atenção do setor energético e da comunidade científica e, no Brasil, que no ano de 2017 assumiu a 8ª posição do ranking mundial dos países com maior capacidade instalada em usinas eólicas, a participação desse recurso natural na matriz energética apresenta um crescimento exponencial.
    A multiplicação de velocidade é uma das etapas mais importantes nos sistemas de geração de energia eólica e, tradicionalmente, é realizada por meio de caixas de engrenagens mecânicas. Contudo, devido à sua reduzida vida útil, elevado índice de falhas e por ser considerada uma fonte intermitente de ruídos, a busca por novos meios de multiplicação de velocidade para a substituição das caixas de engrenagens se tornou uma área de pesquisa importante para o aumento da eficiência de sistemas eólicos. O Regulador Eletromagnético de Frequência (REF) é um exemplo de aplicação alternativa que possibilita um elevado ganho de velocidade ao passo que faz uso das principais vantagens de uma máquina de indução com rotor do tipo gaiola de esquilo. O atual sistema de controle do REF consiste na estratégia PID convencional, que possui diversas limitações amplamente discutidas na literatura. A referida estratégia também limita a atuação do REF em diferentes pontos de operação. Com isso, nesse trabalho será adotada uma estratégia de controle baseada em inteligência artificial (IA) de lógica fuzzy para a regulação de velocidade do REF, objetivando eliminar a dependência do sistema de controle em relação aos parâmetros físicos do protótipo. Resultados de simulação e experimentais serão apresentados para a validação da eficiência da estratégia de controle proposta.


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  • Currently, incentives for clean energy generation have been increasing considerably due to the limitation of fossil fuels, until then used in abundance. Among these alternative sources, wind energy has been receiving special attention from the energy sector and scientific community and, in Brazil, which in 2017 took the 8th position in the world ranking of countries with the largest installed capacity in wind farms, the participation of this natural resource in the energy matrix shows an exponential growth.
    Speed multiplication is one of the most important steps in wind power generation systems and it is traditionally performed by means of mechanical gearboxes. However, due to its reduced service life, high failure ratio and because it is considered an intermittent noise source, the search for new speed multiplication devices for gearboxes replacement has become an important research topic to increase the efficiency of wind power systems. Electromagnetic Frequency Regulator (REF) is an example of an alternative application that allows a high speed gain while making use of the main advantages of a squirrel cage rotor induction machine. The current control system of the REF consists of the conventional PID strategy, which has several limitations widely discussed in the literature. This strategy also limits REF performance at different points of operation. In this work, a control strategy based on artificial intelligence (AI) of fuzzy logic will be adopted for REF speed regulation, with the aim of eliminate the dependence of the control system in relation to the physical parameters of the prototype. Simulation and experimental results will be presented for the validation of the efficiency of the proposed control strategy.

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  • BRUNO VICENTE ALVES DE LIMA
  • Aprendizagem Semissupervisionada por meio de Técnicas de Deep Learning e de Teoria da Informação

  • Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • DANIEL SABINO AMORIM DE ARAUJO
  • IVAN NUNES DA SILVA
  • JORGE DANTAS DE MELO
  • VINICIUS PONTE MACHADO
  • Data: 09/06/2021

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  • O crescimento expressivo de conjuntos de dados modernos, combinado à dificuldade de obter informações sobre rótulos, tornou o aprendizado semissupervisionado um dos problemas de importância prática na análise moderna de dados. Na maioria dos casos, obter conjunto de dados com a quantidade de exemplos suficientes para induzir um classificador, pode ser oneroso, pois é necessário que seja realizada uma rotulação dos dados por um especialista. Dados não rotulados são mais fáceis de serem obtidos, porém mais difíceis de serem analisados e interpretados. No problema do aprendizado semissupervisionado, têm-se uma base de dados formada por uma pequena parte rotulada e uma parte maior não rotulada, sendo possível duas vertentes: classificação semissupervisionada e agrupamento semissupervisionado. A partir disso, o objetivo deste trabalho baseia-se na aplicação de modelos que utilizam técnicas de Deep Learning no aprendizado semissupervisionado, onde treina-se uma rede neural, neste caso um auto encoder utilizando dados não rotulados. Então, acopla-se uma camada a mais no encoder. Esta nova camada tem seus pesos inicializado pelo algoritmo K-means++, e ajustados por meio do backpropagation utilizando aprendizado por teoria da informação. Os dados rotulados são atribuídos aos grupos gerados pelo encoder, influenciando os não rotulados, grupo à grupo, desta forma rotulando os dados não rotulados que foram previamente agrupados. Com os experimentos realizados notou-se que o desempenho satisfatório do modelo proposto quando comparados com outros algoritmos semissupervisionados, tantos os clássicos como selftraining e co-training, como outros trabalhos mais recente, mostrando a viabilidade do modelo proposto para o problema de aprendizagem semissupervisionada.


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  • The expressive growth of modern data sets, combined with the difficulty of obtaining information about labels, has made semi-supervised learning one of the problems of practical importance in modern data analysis. In most cases, obtaining a set of data with enough examples to induce a classifier, can be costly, as it is necessary to carry out data labeling by a specialist. Unlabeled data is easier to obtain but more difficult to analyze and interpret. In of semi-supervised learning problem, there is a database formed by a small part labeled and a larger part not labeled, being possible two aspects: semi-supervised classification and semi-supervised clustering. With this, this work aims to apply models that use Deep Learning techniques in semi-supervised learning, where a neural network is trained, in this case, an autoencoder using unlabeled data. Then, an additional layer is embedded in the encoder. This new layer has its weights initialized by the K-means ++ algorithm and adjusted through the backpropagation algorithm using information theory learning. The labeled data is assigned to the clusters generated by the encoder, influencing the unlabeled, cluster by cluster, thus labeling the non-labeled data that was previously clustered. With the experiments carried out, it was noted that the satisfactory performanceof the proposed model when compared with other semi-supervised algorithms, both the classics such as self-training and co-training, as well as other more recent works, showing the proposed model feasibility for the learning semi-supervised problem.

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  • FELIPE OLIVEIRA SIMÕES GAMA
  • Desenvolvimento de Sistemas de Comunicações Codificados por Wavelets e Baseados no Padrão IEEE 802.15.4 para Sistemas de Controle por Redes de Sensores Sem Fio Industrial

  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • ELMER ROLANDO LLANOS VILLARREAL
  • JEFFERSON DOOLAN FERNANDES
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • RODRIGO SOARES SEMENTE
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • Data: 24/06/2021

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  • Com o advento da Indústria 4.0 a comunicação sem fio se tornou uma tendência para a transmissão de sinais em ambientes industriais, poupando recursos e possibilitando novas aplicações quando comparada com sistemas de comunicações cabeados. Neste contexto, a transmissão de dados entre sensor e controlador dentro de malhas de controle que utilizam nós interconectados por enlace sem fio fica susceptível aos efeitos degenerativos produzidos pelos múltiplos percursos de propagação. No entanto, a maioria dos padrões das redes de sensores sem fio industrial não fornecem nenhum controle de correção erro, o que seria útil para melhorar a confiabilidade e eficiência da comunicação, visto que são baseados no protocolo IEEE 802.15.4. Com o objetivo de minimizar esses efeitos destrutivos característicos dos canais sem fio, várias técnicas têm sido investigadas recentemente. Dentre elas, a codificação wavelet se apresenta como uma boa alternativa para os nós interconectados por enlace sem fio devido sua robustez aos efeitos do canal sem fio e por sua baixa complexidade computacional. Este trabalho é baseado em uma abordagem que explora as matrizes wavelets para o projeto de filtros de resposta ao impulto finita (Finite Impulse Response - FIR) utilizados na codificação dos sinais complexos gerados
    pela camada física do protocolo IEEE 802.15.4. Com isso, é proposto um novo sistema de transmissão que ainda é baseado no protocolo IEEE 802.15.4, o que permite manter a interoperabilidade com sistemas legados e ainda alcançar desempenho superior a estes quanto aos requisitos necessários para o estabelecimento de sistemas de controle por redes sem fio. Especificamente, espera-se que o sistema proposto aumente a confiabilidade da comunicação e assim diminua os eventos de retransmissão por erros provocados pelo canal sem fio sobre os pacotes de dados transmitidos. Em particular, os atrasos de comunicação derivados destes eventos de retransmissão interferem gravemente no sistema de controle, por não garantir as restrições temporais do sinal de controle. Além disso, um ponto importante quanto ao desempenho do sistema proposto é a possibilidade de melhorar a confiabilidade da comunicação sem diminuição da eficiência espectral. Aliado a isso, o sistema proposto também possibilita uma atuação adaptativa em termos da taxa de codificação e parâmetros da matriz wavelet, sem aumento significativo da complexidade de implementação. O sistema de comunicação proposto será implementado utilizando-se o conceito de rádio definido por software no ambiente de desenvolvimento GNU Radio. O desempenho do sistema de comunicação será avaliado em termos de probabilidade de erro de bit (bit error rate, BER) versus E b /N0 e de eficiência espectral, considerando um modelo de canal variante no tempo com desvanecimento Rayleigh plano. Além disso, os efeito do sistema de transmissão serão considerados na análise de controlabilidade de um sistema de controle.


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  • With the advent of Industry 4.0 wireless communication has become a trend for signal transmission in industrial environments, sparing features and enabling new applications when compared to wired communications systems. In this context, the transmission of data between sensor and controller within control loop using wireless interconnected nodes is susceptible to the degenerative effects produced by the multiple propagation paths. Nevertheless, most industrial wireless sensor network standards provide no error-control mechanism, which would be useful for improving communication reliability and efficiency, as they are based on the IEEE 802.15.4 protocol. In order to minimize these destructive effects characteristic of wireless channels, several techniques have been investigated recently. Among them, the wavelet coding is presented as a good alternative for the nodes interconnected by wireless communication due to its robustness to the effects of the wireless channel and its low computational complexity. This work is based on an approach that explores wavelet matrices for the design of finite impulse response (FIR) filters used in the coding of the complex signals generated by the physical layer of the IEEE 802.15.4 protocol. A new transmission system is proposed that is still based on the IEEE 802.15.4 protocol, which allows to maintain the interoperability with legacy systems and to still achieve superior performance to the requirements for the establishment of control systems by networks wireless. Specifically, it is expected that the proposed system will increase the reliability of the communication and thereby decrease the retransmission events caused by the wireless channel over the transmitted data packets. In particular, the communication delays derived from these retransmission events seriously interfere with the control system, as it does not guarantee the time constraints of the control signal. In addition, an important point regarding the performance of the proposed system is the possibility to improve the reliability of the communication without diminishing the spectral efficiency. The proposed system also allows for an adaptive performance in terms of the coding rate and parameters of the wavelet matrix, without a significant increase in the implementation complexity. The proposed communication system will be implemented using the software concept radio concept in the GNU Radio development environment. The performance of the communication system will be evaluated in terms of bit error rate (BER) versus Eb /N0 and spectral efficiency, considering a time-variant channel model with flat Rayleigh fading. In addition, the effects of the transmission system will be considered in the controllability analysis of a control system.

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  • SAMANTA MESQUITA DE HOLANDA
  • Estudo de Metamaterial Têxtil para Aplicações em Substratos de Antenas Planares para Tecnologia WBAN

  • Orientador : JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MARCOS SILVA DE AQUINO
  • HUMBERTO DIONISIO DE ANDRADE
  • IDALMIR DE SOUZA QUEIROZ JÚNIOR
  • Data: 30/06/2021

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  • O incessante desenvolvimento dos sensores biométricos implantados ou vestíveis, proporcionaram o crescimento da tecnologia WBAN (Wireless Body Area Network). Uma WBAN pode ser usada para muitas aplicações, como monitoramento de sinais fisiológicos e aplicativos de comunicação industrial. Nesse contexto, a antena têxtil é um importante elemento na comunicação sem fio em tecidos inteligentes, sendo objeto de pesquisa recorrente em aplicações industriais, militares e médica. Essas antenas são flexíveis e, por esse motivo, torna-se conveniente em aplicações onde a rigidez das antenas tradicionais é considerada um entrave. A utilização de metamaterias em antenas pode proporcionar entre outras características redução de SAR (Specific Absorption Rate) e miniaturização do dispositivo. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de antenas planares com substrato metamaterial têxtil na faixa de frequência 5G para aplicações WBAN, mostrando desde confecção dos substratos até a fabricação e testes das antenas. Foram selecionados três tipos de substrato têxtil com estrutura e composição diferentes, e em cada um deles foi inserido um fio condutivo através de técnicas distintas (inserção manual, malharia e costura automática). A caracterização dos materiais foi realizada através de simulações no HFSS e do método da sonda coaxial, para obtenção dos parâmetros elétricos. Posteriormente a etapa de caracterização, as antenas foram projetadas e simuladas para operar em 3,5 GHz, sendo os melhores resultados fabricados e testados em um Analisador de Redes Vetorial (ARV). Os resultados obtidos nas simulações e testes, foram analisados e constatou-se a presença de característica metamaterial nas geometrias de laçada e ponto reto. As antenas com substrato metamaterial têxtil apresentaram frequência de ressonância menor em relação as que possuíam substrato têxtil dielétrico, indicando a possibilidade de redução das dimensões do dispositivo. 


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  • The incessant development of implanted or promoted biometric sensors has led to the growth of Wireless Body Area Network (WBAN) technology. A WBAN can be used for many applications, such as monitoring of physiological signals and industrial communication applications. In this context, the textile antenna is an important element in wireless communication in smart fabrics, being the subject of recurrent research in industrial, military and medical applications. These antennas are flexible and, therefore, become convenient in applications where antenna rigidity is an obstacle This work presents the development of planar antennas with a textile metamaterial substrate in the 5G frequency range for WBAN applications, showing all process from making the substrates to the manufacture and testing of the antennas. Three types of textile substrate with different structure and composition were selected, and in each of them a conductive thread was inserted through different techniques (manual insertion, knitting and automatic sewing). The characterization of the materials was performed using simulations in the HFSS and the coaxial probe method, to obtain the electrical parameters. The antennas were designed and simulated to operate at 3.5 GHz, the best results being manufactured and tested in a Vector Network Analyzer (VNA). The results obtained in the simulations and tests were analyzed and the presence of a metamaterial characteristic was found in the loop and straight stitch geometries. Antennas with a textile metamaterial substrate had a lower resonance frequency than those with a dielectric textile substrate, indicating the possibility of reducing the dimensions of the device.

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  • LEIDIANE CAROLINA MARTINS DE MOURA FONTOURA
  • Novo Método de Síntese de FSS Multibanda Baseado em Aprendizado de Máquina para Sistemas de Comunicação Sem Fio

  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • ALFREDO GOMES NETO
  • CUSTÓDIO JOSÉ OLIVEIRA PEIXEIRO
  • HERTZ WILTON DE CASTRO LINS
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 09/07/2021

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  • As superfícies seletivas de frequência, ou simplesmente FSS, desempenham um papel fundamental na otimização de sistemas de telecomunicações, possibilitando, entre outras aplicações, a redução de sinais indesejáveis. Combinar as dimensões e a disposição dos elementos e definir as características físicas desses dispositivos, como espessura e permissividade do substrato, pode gerar conflito de objetivos e complexidade na análise e síntese da FSS. Nesse contexto, este trabalho realiza um estudo sobre a aplicação do aprendizado de máquina supervisionado, com o algoritmo árvore de decisão, na síntese de superfícies seletivas de frequência. Para isso, utilizou-se a flor de girassol (Helianthus annuus) como elemento base, tratando-se de uma geometria original e simplificada, com características de resposta em frequência semelhantes às de estruturas fractais. O trabalho é dividido em duas partes: caracterização do elemento proposto e síntese da FSS multibanda. Inicialmente, a evolução da geometria e as equações de projeto são apresentadas. As estruturas intermediárias e a proposta são caracterizadas numericamente pelo programa comercial Ansoft Designer, fabricadas e caracterizadas experimentalmente, verificando-se boa concordância entre os resultados simulados e medidos. Na segunda etapa, a geometria flor de girassol é parcialmente modificada para definir variáveis de parametrização. O Ansoft Designer caracteriza numericamente cada valor de variável da nova geometria e gera as respostas em frequência sem repetição. O algoritmo árvore de decisão realiza a classificação e avaliação do conjunto de dados, e o algoritmo floresta aleatória valida e confirma os resultados. Este processo e a síntese da FSS usando o algoritmo árvore de decisão ocorrem em menos de 10 segundos, com acurácia maior que 90 %, atendendo aos critérios desejáveis, sob dois cenários distintos. Com base nestes cenários, duas FSS são fabricadas e caracterizadas experimentalmente, obtendo resultados simulados e medidos com boa concordância. Além disso, observa-se que a agilidade e a precisão deste algoritmo de classificação tornam a síntese das estruturas particularmente interessante. Destacam-se implementação intuitiva, simplicidade no treinamento e validação, e modelo de análise de dados eficiente.


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  • Frequency selective surfaces, or simply FSS, play a fundamental role in optimizing telecommunications systems by reducing undesirable signals, among other applications. Combining the dimensions and arrangement of the elements and defining the physical characteristics of these devices, such as thickness and permittivity of the substrate, can cause conflict of objectives and make more complex the analysis and synthesis of the FSS. In this context, the present work is a study on the application of supervised machine learning with the decision tree algorithm in the synthesis of frequency selective surfaces. For this, the sunflower (Helianthus annuus) was used as a base element, being an original and simplified geometry, with frequency response characteristics similar to those of fractal structures. The thesis work is thus divided in two parts: the proposed element characterization and synthesis of the multiband FSS. Initially, the evolution of geometry and design equations are presented. The intermediate and the proposed structures are numerically characterized using the commercial software Ansoft Designer, manufactured, and experimentally characterized, with good agreement between the simulated and measured results. In the second step, the sunflower geometry is partially modified to define parameterization variables. The Ansoft Designer numerically characterizes the value of each variable of the new geometry, and it generates the frequency responses without repetition. The decision tree algorithm performs the dataset classification and evaluation, and the random forest algorithm validates and confirms the results. This process and the synthesis of the FSS using the decision tree algorithm occur in less than 10 seconds, with accuracy greater than 90\%, meeting the desirable criteria, under two different scenarios. Based on these scenarios, two FSS are manufactured and experimentally characterized, obtaining results with good agreement. Moreover, it is observed that the agility and precision of this classification algorithm make the synthesis of the structures particularly interesting. Intuitive implementation, simplicity in training and validation, and an efficient data analysis model are highlighted.

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  • DEMÉTRIOS ARAÚJO MAGALHÃES COUTINHO
  • Predição de compensações entre desempenho-energia e seleção em tempo de execução para aplicativos paralelos em sistemas heterogêneos de multiprocessamento

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIELE DE SENSI
  • ANTONIO CARLOS SCHNEIDER BECK FILHO
  • CARLOS AVELINO DE BARROS
  • HENRIQUE COTA DE FREITAS
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • Data: 15/07/2021

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  • Na era multicores, o tamanho do espaço de operação do software, ou seja, configurações de hardware que fornecem diferentes desempenho e consumo energético de um software, é significativamente maior. Além disso, torna-se ainda mais complexo escolher uma configuração que otimize o desempenho e o consumo de energia de processadores heterogêneos. Arquiteturas heterogêneas de vários núcleos oferecem flexibilidade em diferentes tipos de núcleos e de tensão e frequência, definindo um vasto espaço de design a ser explorado. Além do mais, soluções de eficiência energética é crucial em dispositivos menores, pois pode levar a uma vida útil mais longa da bateria e uma melhor experiência do usuário, incluindo aplicativos mais complexos. Esta tese propõe uma metodologia para encontrar balanços entre performance e energia para aplicações paralelas com cargas de trabalho balanceadas dinamicamente, rodando em sistemas multiprocessado heterogêneo com uma arquitetura de conjunto de instruções único (ISA). Nosso método concebe novos modelos analíticos para desempenho e consumo de energia cujos parâmetros podem ser ajustados usando apenas algumas medições off-line estrategicamente amostradas. Esses modelos são então usados para estimar o desempenho de um aplicativo e o consumo de energia para todo o espaço de configuração. Por sua vez, essas predições realizadas off-line definem a escolha das configurações de Pareto-ótimas estimadas do modelo, que são usadas para informar a configuração que o aplicativo deve executar. A metodologia foi validada em uma placa ODROID-XU3 para oito programas dos aplicativos PARSEC Benchmark, Phoronix Test Suite e Rodinia. Foram observadas economias de energia de até 59,77%, 61,38% e 17,7% em comparação com os governadores do Linux performance, ondemand e powersave, respectivamente, com desempenho superior ou semelhante. Este método visa fornecer um ponto de partida ideal para um gerenciador de energia para tomar melhores decisões de acordo com o desempenho do aplicativo e requisitos de consumo de energia e sistema em execução. Dessa forma, esta tese também propõe uma estratégia usando a configuração Pareto-ótima selecionada por nossos modelos como um ponto de partida apropriado para um runtime support framework, chamado Nornir. Esse framework realiza dinamicamente uma busca local por uma configuração mais desejável de núcleos e frequência adaptando às flutuações da carga de trabalho e interferência externa. Além disso, estendemos nosso modelo de energia para prever o consumo de todo o dispositivo, ou seja, a soma do consumo de todos os componentes internos. Esta abordagem híbrida foi empregada em uma placa ODROID-XU3 em  dois aplicativos multi-thread. Nornir começando com a configuração de Pareto pode alcançar até 50% de economia de energia em comparação com configurações de partida aleatórias. Também observamos que o governador Linux performance e interactive consumiu até 1,62X mais energia do que Nornir usando Pareto.


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  • In the multi-core era, the size of the software operation space, i.e. hardware configurations that provide different software performance and energy consumption, is significantly larger. It becomes even more complex to choose a configuration that optimizes heterogeneous processors' performance and energy consumption. Heterogeneous multicore architectures offer flexibility in different core types and voltage and frequency pairings, defining a vast design space to explore. Furthermore, energy efficiency solutions are crucial on smaller devices as they can lead to longer battery life and a better user experience, including more complex applications. This thesis proposes a methodology to find performance-energy trade-offs for single parallel applications with dynamically balanced workloads running on HMP systems with a single instruction-set architecture (ISA). Our method devises novel analytical models for performance and power consumption whose parameters can be fitted using only a few strategically sampled offline measurements. These models are then used to estimate an application's performance and energy consumption for the whole configuration space. In turn, these offline predictions define the choice of estimated Pareto-optimal configurations of the model, which are used to inform the configuration that the application should execute. The methodology was validated on an ODROID-XU3 board for eight programs from the PARSEC Benchmark, Phoronix Test Suite and Rodinia applications. Energy savings of up to 59.77%, 61.38% and 17.7% were observed compared to the performance, ondemand and powersave Linux governors, respectively, with higher or similar performance. This method aims to provide an optimal start point for a runtime energy manager to make better decisions according to the given application's performance and energy consumption requirements and running system. Therefore, this thesis also proposes a strategy using the Pareto-optimal configuration selected by our models as an appropriate start point for a runtime support framework called Nornir.  This framework performs a  local search dynamically for a more desirable configuration of cores and frequency adapting to workload fluctuations and external interference.  Also, we extend our power model to predict the whole device's consumption, i.e. the sum of all internal components' consumption. This hybrid approach was employed on an ODROID-XU3 board on two multi-thread applications. Nornir starting with Pareto configuration can achieve up to 50% of energy savings compared to random starting configurations. We also observed that the performance and interactive Linux governors consumed up to 1.62X more energy than Nornir using Pareto.

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  • TADEU FERREIRA OLIVEIRA
  • Uso de Processamento Paralelo e Distribuído no Plano de Controle de Redes Definidas por Software para Aumento da Eficiência Energética em Redes de Datacenters

     
  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • AGOSTINHO DE MEDEIROS BRITO JUNIOR
  • ANDREY ELÍSIO MONTEIRO BRITO
  • CARLOS AVELINO DE BARROS
  • Data: 30/07/2021

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  • As redes definidas por software tem como principal característica a separação do papel de tomada de decisão, chamado plano de controle, e do papel de encaminhamento dos pacotes, chamado plano de dados. Essa separação permitiu que se introduzisse o conceito de programabilidade da rede, com isto novas aplicações puderam ser implementadas para interagir diretamente com o funcionamento das redes. Hoje, essas aplicações permitem que ambientes de datacenters adaptem-se à demanda de maneira elástica, viabilizando os serviços de computação em nuvem. Nesse cenário, os datacenters são os grandes provedores de serviços e um de seus principais custos é o consumo de energia na infraestrutura de servidores e de equipamentos de rede. Muitos trabalhos indicam que o uso da SDN em redes de datacenter permite uma melhor eficiência energética, especialmente no plano de dados. Neste trabalho apresenta-se uma estratégia de uso do processamento paralelo e processamento distribuído com diminuição de frequência dos elementos processadores buscando diminuição de consumo de energia nos controladores de redes definidas por software. A implementação de um controlador paralelo executando em um ambiente multi-core homogêneo, bem como uma implementação distribuída que oferece maior tolerância a falha são apresentadas com foco na eficiência energética.

     

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  • The main feature of the software-defined networks is the separation of the role of decision-making, known as control-plane, and the role of routing of the packages, known as data-plane. This separation allowed the introduction of the concept of network programmability, with which new applications could be implemented to interact directly with the operation of the networks. Today, these applications enable data center environments to match demand elastically, enabling cloud computing services. In this scenario, the datacenters became the prominent service providers, and one of its main costs is the consumption of energy in the infrastructure of servers and network equipment. Many papers indicate that software-defined network in datacenter networks allows for better energy efficiency, especially in the data plane. In this work, we present a strategy to – using parallel processing and distributed processing with lower operating frequency on the processing elements – reduce the energy consumption of the controllers on a software-defined network. The implementation of parallel and distributed versions of an SDN controller offers a fault-tolerant energy-aware solution to the presented problem.

     
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  • LUIS ENRIQUE ORTIZ FERNANDEZ
  • Método para medir, modelar e prever a profundidade e erros de posicionamento de câmeras RGB-D em Função de distância, velocidade e vibração

  • Orientador : RAFAEL BESERRA GOMES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BRUNO MARQUES FERREIRA DA SILVA
  • COSIMO DISTANTE
  • ESTEBAN WALTER GONZALEZ CLUA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • RAFAEL BESERRA GOMES
  • Data: 02/08/2021

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  • Esta tese propõe uma metodologia versátil para medir, modelar e estimar erros como o RMSE na profundidade e o RPE no posicionamento da câmera utilizando dados capturados de uma câmera RGB-D montada no topo de uma plataforma robótica móvel de baixo custo. O método proposto é dividido em três etapas, sendo que a primeira consiste na criação de dados que expressam a verdade (ground truth), tanto para pontos 3D (mapeamento) quanto para poses de câmera (localização). A próxima etapa é a aquisição de um conjunto de dados para cálculo dos erros RMSE e RPE utilizando a plataforma móvel com câmera RGB-D. Por fim, a terceira etapa consiste em modelar e estimar os erros nas medidas de profundidade e posicionamento da câmera em função da distância, velocidade e vibração. Para este estágio de modelagem e estimação, uma abordagem simples baseada em redes neurais do tipo MLP é usada. Isso resulta em duas redes, N rmse Z para a predição do erro de profundidade e N RPE para a previsão do erro de posicionamento da câmera. Experimentos mostram que as redes N rmse Z e N RPE têm uma precisão de ± 1% e ± 2,5%, respectivamente. A metodologia proposta pode ser usada diretamente nas técnicas que requerem uma estimativa da dinâmica do erro, como por exemplo a robótica probabilística para localização e mapeamento, usando câmeras RGB-D montadas em UAVs, UGVs e também USVs (incluindo veleiros robóticos). Tarefas que usam sensores RGBD, tais como monitoramento ambiental, manutenção de obras de engenharia e segurança pública, podem contar com esta abordagem para obter informações sobre o erro associado às medições da câmera (profundidade e posicionamento).


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  • This thesis proposes a versatile methodology for measuring, modeling, and predicting errors as the RMSE in the depth and the RPE in the camera positioning using data captured from an RGB-D camera mounted on the top of a low-cost mobile robot platform. The proposed method is divided in three stages, with the very first one consisting on the creation of ground truth data for both 3d points (mapping) and camera poses (localization). The next stage is the acquisition of a data set for RMSE and RPE errors calculation using the mobile platform with the RGB-D camera. Finally, the third step is to model and predict the errors in the measurements of depth and positioning of the camera as a function of distance, speed, and vibration. For this modeling and prediction stage, a simple approach based on MLP neural networks is used. This results in two networks, the N rmse Z for the depth error prediction and the N RPE for the prediction of camera positioning error. Experiments show that the N rmse Z and N RPE have an accuracy of ± 1% and ± 2.5%, respectively. The proposed methodology can be straight used in techniques that require an estimation of the error dynamics, as for example probabilistic robotics for localization and mapping, with RGB-D cameras mounted on UAVs, UGVs, and also USVs (including sailboats). Tasks that use RGB-D sensors, such as environmental monitoring, maintenance of engineering works, and public security, could rely on this approach to obtain the error information associated to the camera measurements (depth and positioning).

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  • LUÍS BRUNO PEREIRA DO NASCIMENTO
  • Planejamento de Caminhos Suaves e Seguros Baseados em Espuma Probabilística para Sistemas Robóticos Autônomos

  • Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADELARDO ADELINO DANTAS DE MEDEIROS
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • DENNIS BARRIOS ARANIBAR
  • EDUARDO OLIVEIRA FREIRE
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • Data: 30/08/2021

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  • Planejar um caminho para que um robô navegue entre dois pontos em um dado ambiente, sem colidir com obstáculos, é um dos principais problemas no âmbito da robótica autônoma. A busca por caminhos curtos e com um tempo de busca reduzido são características da maioria dos métodos de planejamento, mas para aplicações onde há uma atuação direta com seres humanos, como na robótica assistiva, a garantia de um maior grau de segurança nos movimentos é um requisito fundamental. Nesse contexto, esta tese de doutorado apresenta um conjunto de estratégias para a realização do planejamento de caminhos seguros para robôs autônomos. As estratégias desenvolvidas baseiam-se fundamentalmente nos conceitos do Método da Espuma Probabilística (PFM), um planejador global baseado em amostragem capaz de gerar caminhos limitados por um conjunto de bolhas conectadas, garantindo assim uma região volumétrica no espaço livre para manobrabilidade segura. O PFM necessita da representação explícita da região de obstáculos no espaço de configurações para computação das bolhas, o que inviabiliza, na prática, sua aplicação para a maioria dos problemas robóticos. Dessa forma, foi desenvolvida uma nova estratégia para o cálculo das bolhas sem necessitar da computação dos obstáculos no espaço de configurações, além disso, foi realizada uma análise para a diminuição do número de parâmetros do método. A fim de melhorar a qualidade dos caminhos planejados, foram implementadas estratégias de otimização para diminuir o comprimento e aumentar a suavidade do caminho, mantendo a principal característica da abordagem que é a segurança. Foram desenvolvidas novas variantes do PFM com a intenção de explorar diferentes mecanismos para a propagação da espuma, e com isso, garantir o planejamento de caminhos mais curtos, com menor tempo de busca e mais seguros. Para ilustrar as principais linhas de contribuição dessa tese, alguns experimentos simulados foram realizados considerando o planejamento para dois robôs assistivos: O primeiro trata-se de um exoesqueleto para membros inferiores, com as tarefas de transpor obstáculos, subir e descer um degrau, obtendo assim caminhos suaves, representando movimentos que se aproximam do padrão antropomórfico. Esses resultados ilustraram a capacidade dos métodos baseados em espuma probabilística em planejar caminhos seguros e suaves para robôs com cadeia cinemática, sem a necessidade do cálculo da região de obstáculos. O segundo dispositivo considerado nos experimentos foi um Andador Inteligente, onde foi possível observar o planejamento de caminhos seguros para um robô com rodas de acionamento diferencial, além de evidenciar alguns aspectos dos caminhos planejados pelos novos métodos desenvolvidos.


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  • Planning a path for a robot to navigate between two points in a given environment and avoiding colliding with obstacles is one of the main issues for autonomous robotics. The search for short paths and reduced search time are aspects of most planning methods, but for applications where the robots interact directly with human beings, such as assistive robotics, ensuring a greater degree of safety in movements is a fundamental requirement. In this context, this Ph.D. thesis presents a set of new strategies for the planning of safe paths for autonomous robots. The methods developed are fundamentally based on the concepts of the Probabilistic Foam Method (PFM). PFM is a sampling-based path planning method capable of generating paths bounded by a set of connected bubbles, which guarantees a volumetric region in the free space for safe maneuverability. In order to compute the bubbles, PFM requires an explicit representation of the obstacles region in the configuration space, which is computationally impracticable considering its application for most problems. Thus, we applied a new strategy to compute bubbles without representing these obstacles regions. Besides, we present an analysis to reduce the number of PFM parameters. To improve the quality of the paths, two optimization procedures were implemented in order to reduce the path length and increase the path smoothness, maintaining the high clearance. New variants of PFM were developed to explore different mechanisms for the propagation of the foam, to ensure the planning of shorter paths, with short searching time, and guaranteeing paths with high clearance.  In order to demonstrate the main contributions of this Ph.D. thesis, some simulated experiments were performed, considering the path planning for two assistive robots: The first one is a lower limbs exoskeleton, with the tasks of overcoming obstacles, walking up and down a stair, resulting in smooth movements, with a more anthropomorphic pattern.  These results illustrate the ability of PFM to plan safe and smooth paths for open kinematic-chain robots without the explicit representation of the obstacles region in configuration space. The Smart Walker was the second robot considered in this work. It was possible to illustrate the planning of safe paths for a mobile robot with differential drive in addition to showing some aspects of the paths planned by the new methods developed.

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  • JEAN MÁRIO MOREIRA DE LIMA
  • Extração de Características Representativas Para o Desenvolvimento de Sensores Virtuais Industriais: Uma Abordagem Baseada em Aprendizado Profundo

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • LEANDRO LUTTIANE DA SILVA LINHARES
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • ROBERTO KAWAKAMI HARROP GALVAO
  • WALLACE MOREIRA BESSA
  • Data: 03/09/2021

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  • O aprendizado profundo vem sendo utilizado cada vez mais nos problemas de mo- delagem de sensores virtuais, os soft sensors, aplicados a processos industriais de não- linearidade acentuada. Sensores virtuais têm a capacidade de gerar estimativas de variá- veis de processo, que normalmente estão associadas a índices de qualidade, em tempo real. Assim, tais sensores apresentam-se como uma alternativa viável quando as variá- veis de interesse são de difícil medição devido a algum fator limitante: indisponibilidade de sensores físicos ou grandes intervalos de medição. Estratégias tradicionais de apren- dizado de máquina encontram dificuldades para modelar tais sensores. Normalmente, processos industriais são altamente não-lineares e a quantidade de dados rotulados dis- poníveis é escassa. Devido a isso, a extração de características representativas presente na quantidade abundante de dados não-rotulados tem se tornado uma área de interesse no desenvolvimento de sensores virtuais. A partir das premissas citadas, uma nova téc- nica de modelagem de sensores virtuais, baseada em aprendizado profundo e de repre- sentação, que integra autoencoders empilhados (SAE), informação mútua (MI), memória longa de curto prazo (LSTM) e agregação bootstrap, é proposta. Primeiramente, no está- gio não supervisionado, a estrutura SAE é treinada hierarquicamente camada-a-camada. Em seguida, logo após o treinamento de uma camada, a análise MI é conduzida entre as saídas-alvo do modelo e as representações da camada atual com objetivo de avaliar as características aprendidas. Neste sentido, o método proposto remove as informações irre- levantes e pondera as retidas de tal maneira que os pesos sejam proporcionais à relevância da representação. Além disso, esta abordagem é capaz de extrair informações represen- tativas profundas. Na etapa supervisionada, por sua vez, chamada de ajuste fino, uma estrutura LSTM é acoplada à cauda da estrutura SAE para endereçar o comportamento dinâmico intrínseco dos sistemas industriais avaliados. Por fim, uma estratégia de ensem- ble, chamada de agregação bootstrap, combina os modelos obtidos na fase do treinamento supervisionado com o propósito de melhorar a performance e a credibilidade do sensor virtual. Assim, para avaliar a performance dos modelos gerados pela técnica proposta, utiliza-se dois processos não-lineares industriais, amplamente usados como benchmarks na implementação de soft sensors. Os resultados mostram que os sensores virtuais pro- postos obtiveram desempenho de predição melhor que métodos tradicionais e diversos métodos estado-da-arte.


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  • Deep learning is growing in popularity in virtual sensor modeling problems - the soft sensors - applied to industrial processes of accentuated nonlinearity. Virtual sensors can generate estimates of process variables, which are associated with quality indexes in real- time. Thus, such sensors are a viable alternative when the variables of interest are difficult to measure due to some limiting factor: unavailability of hardware sensors or large measu- rement intervals. Traditional machine learning strategies show difficulties to model such sensors. Typically, industrial processes are highly nonlinear, and the amount of available labeled data is scarce. Due to that, the extraction of representative features present in the abundant amount of unlabeled data has become an area of interest in the development of virtual sensors. From the aforementioned premises, a new virtual sensor modeling tech- nique based on deep learning and representation, which integrates stacked autoencoders (SAE), mutual information (MI), long short-term memory (LSTM), and aggregation bo- otstrap , is proposed. First, in the unsupervised stage, the SAE structure is hierarchically trained layer-by-layer. After a layer’s training, MI analysis is conducted between the tar- get outputs of the model and the representations of the current layer to assess the learned characteristics. The proposed method removes irrelevant information and weights the re- tained ones. The given weights being proportional to the relevance of the representation. Therefore, this approach can extract deep representative information. In the supervised step, called fine-tuning, an LSTM structure is coupled to the tail of the SAE structure to address the intrinsic dynamic behavior of the evaluated industrial systems. Further, a ensemble strategy, called bootstrap aggregation, combines the models obtained in the supervised training phase to improve the performance and credibility of the virtual sen- sor. The proposal uses two industrial nonlinear processes, widely used as benchmarks, to evaluate the performance of the models generated by the proposed technique in the implementation of soft sensors. The results show that the proposed virtual sensors ob- tained better prediction performance than traditional methods and several state-of-the-art methods.

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  • JULIANO COSTA LEAL DA SILVA
  • Modelagem e Análise de Impacto Harmônico de um Gerador de Indução do tipo Gaiola de Esquilo Interconectado à Rede Elétrica e Acionado por um Regulador Eletromagnético de Frequência

  • Orientador : MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DAMÁSIO FERNANDES JUNIOR
  • JOSE TAVARES DE OLIVEIRA
  • MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • RICARDO FERREIRA PINHEIRO
  • THALES AUGUSTO DE OLIVEIRA RAMOS
  • Data: 30/09/2021

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  • A análise da qualidade de energia elétrica é uma questão essencial na integração de fontesdistribuídas de energia. Devido ao aumento da penetração de tais fontes interligadas à rede elétrica, empregando conversores de potência, novos limites das perturbações harmônicas são regulados por normas técnicas.Este trabalho tem como objetivo analisar a qualidade da energia elétrica de um sistema de energia eólica interligado à rede elétrica. Esse sistema ébaseado em um Gerador de Indução tipo Gaiola de Esquilo (GIGE),e acionado por um Regulador Eletromagnético de Frequência (REF). O modelo harmônicode regime permanente do REF é desenvolvido a partir doreferencial estacionário,conforme a modelagem da máquina de induçãoconvencional. Assim, é possível analisar as perturbações harmônicas ocorridas nas grandezas elétricas e mecânicas devido ao inversor de tensão de armadura do REF. A conexão elétrica entre o REF e o GIGE é inexistente, e os resultados demonstram que a inércia inerente do sistema contribui para a mitigação do conteúdo harmônicono lado da rede, oriundo do chaveamento do conversor. Além dos resultados de regime permanente, a distorção nominal total (DNT), que inclui os componentes harmônicos e inter-harmônicos, foi calculada e apresentou melhor desempenho em comparação com o padrão IEEE 1547-2018 e com dados reais, extraídos de um único Gerador de Indução Duplamente Alimentado (GIDA). Por fim, o desempenho harmônico do sistema proposto foi avaliado levando em consideração o impacto da impedância equivalentede Thévenin da rede elétrica no Ponto de Acoplamento Comum (PAC).


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  • The analysis of electricity quality is an essential issue in the integration of distributed energy sources. Due to the increased penetration of such sources connected to the electricity grid, using power converters, new harmonic disturbance limits are regulated by technical standards. . This system is based on a Squirrel Cage Induction Generator (SCIG), and driven by an Electromagnetic Frequency Regulator (EFR). The steady state harmonic model of the REF is developed from the stationary frame, according to the conventional induction machine modeling. Thus, it is possible to analyze the harmonic disturbances occurring in electrical and mechanical quantities due to the EFR armature voltage inverter. The electrical connection between the EFR and the SCIG is non-existent, and the results demonstrate that the system's inherent inertia contributes to the mitigation of the harmonic content on the network side, arising from the converter switching. In addition to steady state results, Total Nominal Distortion (TND), which includes harmonic and interharmonic components, was calculated and performed better compared to the IEEE 1547-2018 standard and real data extracted from a single Generator Powered Induction System (SCIG). Finally, the harmonic performance of the proposed system was evaluated taking into account the impact of the Thevenin equivalent impedance of the electrical network on the Point of Common Coupling (PCC).

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  • ROGER ROMMEL FERREIRA DE ARAÚJO
  • Melhorando Localidade de Acesso à Memória no Método de Elementos Espectrais Através de Curvas de Preenchimento de Hilbert

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • JOAO MEDEIROS DE ARAUJO
  • HIROSHI OKUDA
  • Lucia Catabriga
  • LUTZ GROSS
  • Data: 07/10/2021

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  • A equação da onda tem uso frequente na física matemática e na engenharia, e temos de resolvê-la repetidamente para simular propagações de onda via software. O método dos elementos espectrais, uma das várias abordagens utilizadas na solução numérica da equação da onda, discretiza o domínio subjacente através de uma malha feita de elementos e nós, e percorre todos os elementos e todos os nós a cada intervalo de tempo para avançar a equação de interesse ao longo do tempo. Propomos um algoritmo de reordenação de memória, projetado para ser usado com o método dos elementos espectrais, que reorganiza informações da malha para reduzir o número de falhas de cache e incrementar a localidade de referência de dados, o que melhora o tempo de execução ao percorrer a malha. Elaboramos uma formulação do método dos elementos espectrais para ondas 2D sobre malhas não estruturadas compostas de triângulos, e associamos a ela nosso algoritmo de reordenação de memória para construir um simulador de propagação de ondas acústicas. Nossos experimentos mostram que a técnica de reordenação baseada em curvas de preenchimento de Hilbert tem bom desempenho em malhas de diversas granularidades, e também quando a variação no tamanho dos elementos é pequena ou grande. Além disso, comparamos a abordagem proposta a três outros procedimentos de reordenação de memória, e verificamos que o tempo de execução de nosso algoritmo é de 9% a 25% mais rápido do que as alternativas testadas. Recomendamos a adoção deste algoritmo de reordenação de memória em qualquer aplicação que demande percorrer domínios repetidamente.


  • Mostrar Abstract
  • The wave equation is pervasive in mathematical physics and engineering, and we need to solve it repeatedly to simulate wave propagations in software. The spectral element method, one of several approaches for the numerical solution of the wave equation, discretizes the underlying domain in a mesh made of elements and nodes, and traverses every element and every node at each time step as it marches the target equation through time. We propose a memory reordering algorithm, meant to be used with the spectral element method, that rearranges mesh-related data to reduce the number of cache misses and boost locality of data reference, thereby improving the execution speed of the mesh traversal process. We devise a spectral element method formulation for 2D waves over unstructured meshes made of triangles, and we pair it to our memory reordering algorithm to construct an acoustic wave propagation simulator. Our experiments show that the reordering technique based on Hilbert space-filling curves performs well in meshes of different granularities, and also when the variation in element sizes is either small or large. In addition, we compare the proposed approach with three other memory reordering schemes, and find that our algorithm runs between 9% and 25% faster than the alternatives we tested. We recommend this memory reordering algorithm to any application that requires successive traversals across domains.

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  • GUILHERME PENHA DA SILVA JÚNIOR
  • Implementação de Máquina Síncrona Virtual do Tipo Synchronverter para o Gerador de Indução Duplamente Alimentado Conectado a uma Microrrede

  • Orientador : LUCIANO SALES BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL BARBOSA
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • FRANCISCO KLEBER DE ARAÚJO LIMA
  • LUCIANO SALES BARROS
  • RODRIGO ANDRADE RAMOS
  • Data: 08/10/2021

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  • A alta integração da Geração Distribuída (GD) ao sistema elétrico convencional traz
    muitos desafios ao setor operacional, haja vista o fato de que aumentam as preocupações
    com a confiabilidade do sistema e com a qualidade da energia gerada. As GD não possuem
    controle sobre a energia gerada, embora possuam uma dinâmica de potência muito
    rápida, com pouca ou nenhuma inércia. Logo, para mitigar os impactos causados pela
    integração entre a GD e o sistema existente, é imprescindível lançar mão do conceito de
    máquina síncrona virtual, cujo fundamento busca emular o comportamento de uma máquina
    síncrona real através do controle do VSI (Voltage Source Inverter). Neste contexto,
    este trabalho propõe o desenvolvimento de uma estratégia de controle que vise controlar
    o aerogerador DFIG (Doubly Fed Induction Generator) de modo a que se possam suprir
    todos os requisitos necessários à manutenção da estabilidade da rede. A finalidade
    almejada será atingida partindo-se do pressuposto de que o VSI ligado à rede possuirá
    comportamento semelhante a um gerador síncrono, uma vez que será utilizada a técnica
    de controle Synchronverter. Com isso, além de um maior controle sobre as potências
    ativa e reativa geradas, é possível obter também uma contribuição com os serviços ancilares.
    Além disso, o barramento CC do conversor back-to-back deverá estar conectado
    a um banco de baterias, fato que possibilitará um maior controle sobre o despacho de
    energia. Logo, será possível carregar as baterias nos horários de maior geração e menor
    consumo de energia da rede, como também descarregar as baterias nos momento de
    demanda de suporte à frequência da rede. Resultados preliminares obtidos confirmam o
    funcionamento reportado na literatura, comprovando a eficácia da técnica, com potencial
    para melhoramentos que o trabalho almeja. E, por fim, com a utilização do Synchronverter,
    será possível operar o DFIG de forma autônoma em uma microrrede na ocorrência
    de um Blackout no sistema e, após cessar o colapso no sistema, sincronizar o VSI à rede
    sem a necessidade de utilizar um PLL (Phase Locked Loop).


  • Mostrar Abstract
  • The high integration of Distributed Generation (GD) to the conventional electric system
    brings many challenges to the operating sector, given the growing concerns about the
    reliability of the system and the quality of the energy generation. The DGs have no control
    over the generated energy, although they have very fast power dynamics, with little or no
    inertia. In order to mitigate the impacts caused by the integration between the GD and the
    existing system, it is essential to use the concept of a virtual synchronous machine, whose
    fundament search to emulate the behavior of a real synchronous machine by VSI (Voltage
    Source Inverter) control. In this context, this work proposes the development of a control
    strategy aimed at controlling the DFIG (Doubly Fed Induction Generator) aerogenerator
    so that all necessary requirements can be met to maintain the stability of the grid. The
    purpose will be achieved starting from the assumption that the VSI connected to the grid
    will have similar behavior to a synchronous generator, since the control technique will
    be used Synchronverter. Thus, in addition to greater control over the active and reactive
    powers generated, it is also possible to obtain a contribution with the ancillary services. In
    addition, the DC bus of the back-to-back converter must be connected to a battery bank,
    which will enable greater control over the power dispatch. Therefore, it is possible to
    charge the batteries in the horaires of greater generation and lower energy consumption
    of the grid, as well as to discharge the batteries in the moment of demand of support to
    the frequency of the grid. Preliminary results confirmed the functioning reported in the
    literature, proving the effectiveness of the technique, with potential for improvements that
    the work aims. Finally, with the use of the Synchronverter, it will be possible to operate
    the DFIG autonomously in a microgrid in the occurrence of a Blackout in the system and,
    after ceasing the collapse in the system, synchronize the VSI to the grid without the need
    to use a PLL (Phase Locked Loop).

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  • AGUINALDO BEZERRA BATISTA JUNIOR
  • Abordagem Baseada em Grafo de Conhecimento para Análise de Registros de Alarmes e Eventos Industriais

  • Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • DIEGO RODRIGO CABRAL SILVA
  • GUSTAVO BEZERRA PAZ LEITAO
  • JUAN MOISES MAURICIO VILLANUEVA
  • PLACIDO ANTONIO DE SOUZA NETO
  • Data: 22/10/2021

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  • Os registros (logs) de alarmes e eventos compõem um volumoso e dormente repositório de dados históricos de natureza tabular, comumente sub-valorada ou negligenciada na indústria. Embora constituam fontes potencialmente ricas em informações relevantes sobre a planta ou processo monitorado, esses registros são tomados para análise apenas como último recurso, sobretudo devido às dificuldades impostas pelo grande volume e baixa expressividade dessas bases. Tal indiligência não se mostra mais admissível no cenário contemporâneo de orientação a dados, já ubíquo em diversos setores produtivos e que vem se apresentando fortemente na manufatura tradicional, sobretudo pelo advento do paradigma da Indústria 4.0. Propõe-se, assim, a transposição dessas bases para um domínio de representação mais expressivo e flexível, propiciando uma exploração mais proativa dos episódios narrados nos registros e, consequentemente, ensejando tarefas de análise de incidentes, de anormalidades, de conformidade e de desempenho mais céleres. Para isso, a partir do reconhecimento de uma ontologia, entidades, atributos e associações virtualmente imersas no contexto operacional historiado nos registros são mapeados em um grafo de conhecimento (do inglês, Knowledge Graph - KG). A abordagem utiliza técnicas de Análise Exploratória de Dados, Processamento de Linguagem Natural, Análise de Redes, Análise Multivariada e Indicadores Compostos para derivar dos dados uma miríade de aspectos, propriedades e relacionamentos (arestas) de natureza hierárquica, temporais e de similaridade instituídos entre as entidades (nós) identificadas. A visualização do KG se dá de forma dinâmica e interativa, com diferentes modos de visualização e níveis de detalhamento. Cenários de avaliação são desenhados para demonstrar a eficácia da abordagem.



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  • Alarm and event logs make up a voluminous and dormant historical repository of tabular-like data, commonly undervalued or overlooked in manufacturing. Although they are a potentially rich source of relevant information about the monitored plant or process, these records are taken for analysis only as a last resort, mainly due to the difficulties imposed by the large volume and low expressiveness of those databases. Such oversight is no longer acceptable in the contemporary data-oriented scenario, already ubiquitous in several productive sectors and gaining prominence in traditional manufacturing, especially due to the advent of the Industry 4.0 paradigm. Therefore, it is proposed to transpose these bases to a more expressive and flexible representation domain, allowing a more proactive exploration of the episodes reported in the records and, consequently, entailing more agile incident, anomaly, compliance, and performance analysis tasks. For such, from the recognition of an ontology, entities, attributes, and associations virtually immersed in the operational context described in the records are mapped into a Knowledge Graph (KG). The approach uses Exploratory Data Analysis, Natural Language Processing, Network Analysis, Multivariate Analysis, and Composite Indicators techniques to derive a myriad of aspects, properties, and relations from data, which are incorporated as hierarchical, temporal, and similarity relationships (edges) between identified entities (nodes). The visualization of the KG is dynamic and interactive, with different visualization modes and levels of detail. Evaluation scenarios are designed to demonstrate the effectiveness of the approach.


2020
Dissertações
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  • JURGEN KLINSMANN AZEVEDO NOGUEIRA
  • Análise de Antenas Planares para Aplicações Médicas nas Bandas ISM de 435 MHz, 915 MHz e 2,45 GHz


  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • HERTZ WILTON DE CASTRO LINS
  • JOAO BOSCO LUCENA DE OLIVEIRA
  • JOSE DE RIBAMAR SILVA OLIVEIRA
  • Data: 10/01/2020

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  • Os dispositivos sem fio apresentam-se, nas mais recentes pesquisas, como alternativas para o monitoramento de vários parâmetros médicos, com aplicações nas bandas de frequências designadas para Medical Device Radiocommunications Service - MedRadio (401 – 405 MHz), Medical Implant Communication Services – MICS (402 – 405 MHz) e Industrial, Scientific and Medical – ISM (433 – 435,8 MHz; 2,4 – 2,5 GHz). Esta dissertação apresenta uma análise das respostas em frequência de antenas planares de microfita com aplicações médicas na banda ISM para as três faixas de frequências (433 - 435.8 MHz; 902 – 928 MHz; 2.4 – 2.5 GHz). Foram projetadas três antenas retangulares com fendas posicionadas próximas as bordas do patch. Os resultados das simulações foram obtidos pelo software Ansoft HFSS para frequência de ressonância, largura de banda e coeficiente de reflexão. As medições foram realizadas com amostras sólidas de carne suína. Os resultados simulados e medidos apresentaram excelente concordância.


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  • Wireless devices are presented in the latest research works as alternatives for monitoring several medical parameters, with applications in the frequency bands designated for Medical Device Radiocommunications Service - MedRadio (401 - 405 MHz), Medical Implant Communication Services - MICS (402 - 405 MHz) and Industrial, Scientific and Medical - ISM (433 - 435.8 MHz; 2.4 - 2.5 GHz). This master thesis presents a frequency response analysis of planar microstrip antennas with medical applications in the ISM band for the three frequency bands (433 - 435.8 MHz; 902 - 928 MHz; 2.4 - 2.5 GHz). Three rectangular slotted antennas are designed with the slots placed near the edges of the patch. Simulation results were obtained by Ansoft HFSS software for resonance frequency, bandwidth and reflection coefficient. Measurements were performed with solid samples of pork. The simulated and measured results showed excellent agreement.

2
  • CARLA DOS SANTOS SANTANA
  • Análise de escalonamento de carga computacional em problemas geofísicos.

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • Angelo Amâncio Duarte
  • CALEBE DE PAULA BIANCHINI
  • HERVÉ CHAURIS
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • TIAGO TAVARES LEITE BARROS
  • Data: 13/01/2020

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  • A organização das tarefas entre os nós computacionais impacta diretamente no desempenho da aplicação. Considerando aplicações computacionalmente caras como os problemas geofísicos o impacto é mais significante. O desbalancemanto causado por um escalonamento ineficiente das tarefas pode tornar a aplicação não escalavel. Sendo assim esse trabalho investiga o escalonamento de tarefas em métodos geofísicos.

    Esse trabalho compara três tipos de escalonadores: centralizado dinâmico (CD), descentralizado estático (DS, do inglês Decentralized Static), descentralizado dinâmico (DD). O CD foi implementado através da técnica mestre-escravo o qual possui um nó mestre responsável pela distribuição das tarefas entre os outros nós chamados de escravos. O DS é a divisão igualitária da quantidade de tarefas entre os nós. O DD utilizado implementa o método  work-stealing proposto por Assis et al. 2019, o qual o nó ocioso rouba a tarefa de um nó sobrecarregado.

    O principal método geofísico utilizado foi a inversão completa da forma de onda (FWI, do inglês Full Waveform Inversion) 2D com a onda acústica. Para analisar a desempenho dos escalonadores de tarefas foram gerados gráficos de speedup, eficiência e distribuição das tarefas entre os nós. O tamanho do problema foi definido a partir de modelos de velocidades sintéticos de diferentes tamanhos executados para diferentes quantidades de nós. O código do FWI e do escalonadores foram implementados em C em memória distribuída usando a biblioteca MPI.

    A partir dos resultados do FWI, foi aplicado o  work-stealing (por ter apresentado comportamento mais eficiente) em outro problema geofisico: a migração por mínimos quadrados  (LSM, do inglês Least Square Migration). Para comparar a implemetação LSM com  work-stealing usamos o LSM com DS proposto por Chauris et al. 2017. O código do LSM e DS utilizado neste problema foram implementados em Fortran e o  work-stealing em C. A comunicação entre os nós foi implementado usando MPI. Para analisar a desempenho do escalonador em LSM, usamos modelo de velocidades marmousi.


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  • The tasks organization among computational nodes affects the performance of the program. In computationally expensive applications such as geophysical problems, the impact is more significant. The imbalance caused by inefficient task scheduling can generate an application non-scalable. Therefore this work investigates the workload scheduling in geophysical methods.

     Three types of workload scheduling will be compared: centralized dynamic (CD), decentralized static (DS), and decentralized dynamic (DD).  The CD was implemented with the technique master-slave, where the master node is responsible for the distribution of the tasks to other nodes called slaves. The DS with an equal division of tasks. The DD implements the work-stealing method proposed by Assis et al. 2019, where an idle node can steal the tasks of an overloaded node.

    The principal geophysics method used was Full waveform inversion (FWI) 2D with the acoustic wave. To analyze the performance of workload scheduling methods, we employ a synthetic velocity model and present speedup, efficiency, and load distribution plots generated with different model sizes and different quantity of nodes. The FWI code and the workload scheduling methods were implemented in C to distributed memory parallelization and using the message passing interface (MPI) library.

    With the results of the workload scheduling methods in FWI, it was applied the work-stealing (because this technique presented the more effective performance) in another geophysics problem: Least-squares migration (LSM).  We used the LSM with DS implemented by Chauris et al. 2017 to compare with the LSM with work-stealing. The LSM code and DS used in this problem were implemented in Fortran and the work-stealing in C. The communication between the nodes was implemented using MPI.  To analyze the performance of workload scheduling methods in LSM, we used the marmousi velocity model.

3
  • JOÃO BATISTA FERNANDES
  • Ajuste automático da granularidade de distribuição de trabalho para processadores de múltiplos núcleos aplicado à migração reversa no tempo

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • HUGO ALEXANDRE DANTAS DO NASCIMENTO
  • IDALMIS MILIAN SARDINA MARTINS
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • TIAGO TAVARES LEITE BARROS
  • Data: 14/01/2020

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  • Migração reversa no tempo (RTM do ingles - reverse time migration) é um algoritmo amplamente usado na indústria de petróleo e gás para processar dados sísmicos. O processamento do RTM é uma tarefa computacionalmente intensiva que se adapta bem a computadores paralelos. Por ser massivo e regular, esse tipo de tarefa geralmente é distribuído igualmente e estaticamente entre os processadores paralelos disponíveis. No entanto, essa estratégia geralmente não é ótima. Quando os processadores são heterogêneos, e mesmo quando a maioria tem poder de processamento semelhante, muitos deles ainda precisam esperar ociosamente pelos processadores mais lentos. Neste artigo, mostramos que mesmo pequenas diferenças de desempenho entre núcleos homogêneos podem afetar consideravelmente o desempenho geral de um aplicativo 3D RTM. Mostramos que a distribuição dinâmica de carga tem uma vantagem significativa sobre a distribuição estática convencional, e outras distribuições padrões do OpenMP, auto e guiado. No entanto, a granularidade do trabalho que é dividido e distribuído dinamicamente desempenha um papel fundamental na obtenção dessa vantagem. Para encontrar a granularidade ideal, propomos uma estratégia de autoajuste baseado em Coupled simulated Annealing (CSA) que ajusta a quantidade de interações dos loops paralelos que o OpenMP atribue dinamicamente as threads o durante a inicialização de um aplicativo 3D RTM. Experimentos realizados em sistemas computacionais com diferentes especificações de processador e RAM e para diferentes tamanhos de entrada mostram que o método proposto é consistentemente melhor do que os escalonadores padrões do OpenMP.


  • Mostrar Abstract
  • Reverse time migration (RTM) is an algorithm widely used in the oil and gas industry to process seismic data. It is a computationally intensive task that suits well in parallel computers. Because of it being massive and regular, this type of task is often equally and statically distributed among the available parallel workers. However, this strategy is often not optimal. When the workers are heterogeneous, and even when most have similar processing power, many of them might still have to wait idly for the slower workers. In this paper, we show that even small performance differences between homogeneous cores can considerably affect the overall performance of a 3D RTM application. We show that dynamic load distribution has a significant advantage over the conventional static distribution, and others defaults OpenMP scheduling, auto and guided. However, the granularity of the dynamically distributed chunks of work plays a key role in harvesting this advantage. In order to find the optimal granularity, we propose a coupled simulated annealing (CSA) based auto-tuning strategy that adjusts the chunk size of work that OpenMP parallel loops assign dynamically to worker threads during the initialization of a 3D RTM application. Experiments performed on computational systems with different processor and RAM specifications and for different sizes of input show that the proposed method is consistently better than the default OpenMP loop schedulers.

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  • Vitor Hugo Mickus Rodrigues
  • Suporte de GPUs em Geração Automática de Estênceis para Diferenças Finitas

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • LUCAS COSTA PEREIRA CAVALCANTE
  • Pedro da Silva Peixoto
  • CALEBE DE PAULA BIANCHINI
  • Gerard John Gorman
  • Data: 16/01/2020

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  • A obtenção de soluções numéricas para algoritmos de inversão sísmica como Inversão Completa da Forma de Onda (FWI, do inglês Full-Waveform Inversion) e Migração Reversa no Tempo (RTM, do inglês Reverse Time Migration), pode ser acelerada por arquiteturas que possuem um alto grau de paralelismo, como unidades de processamento gráfico (GPU, do inglês Graphical Processing Units). Porém, o rápido desenvolvimento de novas arquiteturas e tecnologias dificultam a manutenção e atualização das soluções implementadas. Neste trabalho, o compilador de código fonte aberto Devito é estendido para habilitar a conversão automática de kernels de diferenças finitas para arquiteturas de GPU. Utilizamos o framework Oxford Parallel Domain Specific Language (OP-DSL) para construir um novo backend para o Devito. A solução implementada fora validada nas GPUs NVIDIA R GTX Titan Z e NVIDIA R Tesla V100. O desempenho da implementação fora medido em termos de tempo de execução, e em termos relativos ao máximo desempenho da GPU através do modelo de roofline. Os testes foram feitos para diversos níveis de discretização de ordem espacial em um estêncil de propagação de onda acústica isotrópica 3D. Os resultados alcançados com relação à máxima performance da GPU foram de aproximadamente 63% para V100 e de 24% para GTX Titan Z, considerando um kernel cuja malha tem 256 3 pontos. O estudo ainda revela que otimizar a transferência de dados entre CPU e GPU é um dos maiores desafios para reduzir o tempo de execução.

     

     


  • Mostrar Abstract
  • The growth of data to be processed in the Oil & Gas industry matches the requirements imposed by evolving algorithms based on stencil computations, such as Full Waveform Inversion and Reverse Time Migration. Graphical processing units (GPUs) are an attractive architectural target for stencil computations because of its high degree of data parallelism. However, the rapid architectural and technological progression makes it difficult for even the most proficient programmers to remain up-to-date with the technological advances at a micro-architectural level. In this work, we present an extension for an open source compiler designed to produce highly optimized finite difference kernels for use in inversion methods named Devito c . We embed it with the Oxford Parallel Domain Specific Language (OP-DSL) in order to enable automatic code generation for GPU architectures from a high-level representation. We aim to enable users coding in a symbolic representation level to effortlessly get their implementations leveraged by the processing capacities of GPU architectures. The implemented backend is evaluated on a NVIDIA R GTX Titan Z, and on a NVIDIA R Tesla V100. in terms of operational intensity through the roofline model. Experimented with a 3D acoustic isotropic wave propagation stencil kernels for varying space-order discretization levels. It achieves approximately 63% of V100’s peak performance and 24% of Titan Z’s peak performance for stencil kernels over grids with 256 3 points. This study reveals that improving memory usage should be the most efficient strategy for leveraging the performance of the implemented solution on the evaluated architectures.

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  • GISLIANY LILLIAN ALVES DE OLIVEIRA
  • Uma abordagem orientada a dados para a criação de um indicador de habitabilidade baseado na API da UBER


  • Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUCIANA CONCEICAO DE LIMA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • PATRICIA TAKAKO ENDO
  • Data: 24/01/2020

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  • Um dos dilemas globais refere-se à acelerada transição urbana vivida nas últimas décadas. Por isso, é de suma importância a promoção de um desenvolvimento urbano sustentável para acomodar esse crescimento populacional. Nesse sentido, surge o conceito de habitabilidade, um princípio que combina atributos econômicos, sociais e ambientais a fim de promover a qualidade de vida e o bem-estar, e que é amplamente tratado na Nova Agenda Urbana (NAU) adotada pela Organização das Nações Unidas (ONU) em 2016. A NAU define políticas para promover a consolidação dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), particularmente o Objetivo 11, focado em um futuro pró-urbano. Para efetivar tais objetivos é preciso acompanhar o andamento da sua implementação através de indicadores, contexto em que a habitabilidade pode se enquadrar como um indicador para esse propósito. Todavia, há um impasse relacionado à indisponibilidade, má qualidade e agregação dos dados existentes, dificultando esse monitoramento. Nesse cenário, este trabalho propõe a criação de um indicador de habitabilidade que, além dos dados tradicionais dos censos, também utilize fontes de dados alternativas, como as disponibilizadas pela Uber, um serviço popular de viagens. Presumindo que o comportamento do serviço da Uber possa refletir a dimensão da habitabilidade, uma abordagem orientada à dados (ciência de dados) baseada na análise exploratória e espacial dos dados foi então conduzida, utilizando as Estimativas de Tempo até o Embarque (ETE) da Uber coletadas para o município brasileiro de Natal (RN). Essa abordagem objetiva, por fim, a criação de um indicador composto que possa representar, em algum nível, a habitabilidade para a cidade natalense. A metodologia proposta foi aplicada em dois diferentes níveis de agregação espacial: bairros e Unidades de Desenvolvimento Humano (UDH). Os resultados das análises mostraram como o serviço da Uber varia espacialmente e como ele reage a mudanças climáticas, festividades e outros eventos, além de apresentarem as relações desses dados com indicadores sociais e infraestruturais. Observou-se também que diferentes níveis de agregação espacial causam influências sobre as ETE da Uber e seu relacionamento com as variáveis socioeconômicas. Por fim, o indicador proposto foi criado para as UDH, podendo ser aplicado no monitoramento do desenvolvimento sustentável. Concluiu-se ainda que nas regiões administrativas Oeste e Norte de Natal há uma predominância de localidades com os piores indicadores de habitabilidade.



  • Mostrar Abstract
  • One of the global dilemmas concerns the accelerated urban transition in the last decades. Therefore, promoting sustainable urban development to accommodate population growth is extremely important. Under those circumstances, the concept of liveability arises, being defined as a principle that combines economic, social and environmental attributes to promote quality of life and human well-being, and it is widely discussed in the New Urban Agenda (NUA) adopted by the United Nations in 2016. NUA defines policies to promote the consolidation of  Sustainable Development Goals (SDGs), with its Goal 11 focusing on a pro-urban future. To supervise SDGs implementation and ensure that these goals are met, it is recommended the use of indicators and the liveability concept can then be associated with an indicator for this purpose. However, there are known issues related to data unavailability, poor quality and aggregation, that make the SDGs monitoring difficult. Considering the described scenario, this work proposes a liveability indicator that combines traditional census data with alternative data sources, such as data  from Uber, a popular ride-sharing service. Assuming that Uber service behavior can act as a proxy to liveability, a data science approach based on exploratory and spatial data analysis was conducted using Uber’s Estimated Time of Arrival (ETA) data sourced for the Brazilian city of Natal (RN). This approach aims to build a composite indicator which can portray at some level the liveability for that city. The proposed methodology was applied at two different spatial aggregation levels: neighborhoods and Human Development Unities (HDUs). Results showed how the Uber service oscillates spatially and how it reacts to weather variations, festivals, and other events, as well as its relations with existing social and infrastructural indicators. It was also observed that different spatial aggregation levels affect the Uber ETA and its relations with socioeconomic variables. Finally, the proposed indicator was created at HDU scale to be applied in sustainable development monitoring. Furthermore, it was concluded that West and North administrative regions of Natal predominantly have localities with the worst liveability indicators. 




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  • TALINE DOS SANTOS NÓBREGA
  • Análise de Sinais Eletroencefalográficos para a Classificação de Atividades: Uma Solução via Aprendizado de Máquina e Imagética Motora

  • Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • ANDRÉ MENDES CAVALCANTE
  • EDGARD MORYA
  • HELIANA BEZERRA SOARES
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • Data: 31/01/2020

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  • As atividades motoras do corpo humano, assim como aquelas relacionadas a tomada de
    decisões e questões emocionais e psíquicas, podem ser compreendidas por meio da análise
    dos sinais elétricos provenientes do cérebro, também conhecidos como sinais
    eletroencefalográficos (EEG). O estudo e aplicação desses dados vem crescendo dentro da
    comunidade científica. Sabe-se que o emprego desses sinais constitui a base do
    desenvolvimento das Interfaces Cérebro Computador (ICC), e que essas representam o futuro
    das tecnologias assistivas, especialmente aquelas direcionadas às pessoas que não possuem
    controle motor. Contudo, a extração de características e padrões desses sinais ainda é um
    processo complexo. Algoritmos de aprendizagem de máquina vem mostrando excelentes
    resultados na interpretação de sinais EEG, sendo empregados como ferramenta para
    classificação e análise. Suas aplicações abrangem desde estudos na área de neurociências,
    engenharia neural e até mesmo aplicações comerciais. Com isso, a proposta desse trabalho é
    analisar os sinais advindos da atividade neural de indivíduos submetidos a protocolos que
    envolvem tarefas do tipo motora e imagética. Entende-se que tarefas de imagética,
    especificamente imagética motora, são técnicas neurocognitivas nas quais o sujeito imagina a
    realização de uma ação motora sem executar o devido movimento, ou seja, trata-se de um
    processo mental no qual se imagina o movimento do corpo sem executa-lo. A interpretação e
    classificação desse tipo de sinal permite desenvolver ferramentas de controle que podem ser
    ativadas por meio de processos cognitivos. Desta forma, utilizou-se como
    instrumentação dois tipos de sensores para coleta dos sinais, um eletroencefalograma de 16
    canais e um sensor de baixo-custo, de um eletrodo, com tecnologia de conexão sem
    fio, wireless. Como resultados, identificou-se que os algoritmos empregados para análise dos
    sinais EEG dos indivíduos submetidos a tarefas motoras e imagéticas mostraram-se bastante
    eficientes no processo de classificação. Os resultados permitiram atestar a viabilidade de
    utilizar esses sinais em aplicações envolvendo controle de dispositivos, especialmente aqueles
    empregados para pessoas com deficiência motora.


  • Mostrar Abstract
  • The motor activities of the human body, as well as those related to decision making and emotional and psychic issues, can be understood through the analysis of electrical signals from the brain, also known as electroencephalogram (EEG) signals. The study and application of electroencephalographic data has been growing within the scientific community. It is known that the use of these signals forms the basis of the development of the Computer Brain Interface (ICC), and that these represent the future of assistive technologies, especially those aimed at people who do not have motor control. However, the extraction of characteristics and patterns of these signals is still a complex process. Surveys involving ICC and EEG signals usually implement event related potentials (ERP) analyzes; being the main ones: the static potentials evoked visually (SSVEP) and the potential P300. In general, they are responses to external stimuli (visual, auditory, tactile), and are widely used to recognize patterns in EEG signals associated with changes in brain activity. The purpose of this paper is to analyze the signs of the neural activity of individuals who are exposed to external stimuli using the identification of potential SSVEP and P300. The project uses a low-cost, non-invasive EEG signal sensor with wireless, wireless technology. It is expected to extract EEG data to the point of making possible the correlation of these with characteristics that can be applied in control tools.

7
  • IAGO DIÓGENES DO RÊGO
  • Solução para concentração de usuários (hotspots) aplicando Q-Learning em técnicas ICIC baseadas em FFR

  • Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRÉ MENDES CAVALCANTE
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • Data: 31/01/2020

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  • Este trabalho tem como objetivo explorar técnicas de coordenação de interferência (ICIC) baseadas em reúso fracionário de frequência (FFR) como solução para um cenário multi-celular que apresenta concentração de usuários variante ao longo do tempo. Uma técnica de aprendizado por reforço (Q-Learning) é utilizada para configuração dinâmica dos parâmetros da técnica ICIC. Inicialmente, apresenta-se o problema da alta concentração de usuários e quais suas consequências. Em seguida, algumas soluções clássicas para o problema são discutidas, levando à introdução do reúso fracionário de frequência e apresentação de técnicas existentes. Análises preliminares são apresentadas com o objetivo de comparar o desempenho das técnicas, justificar a escolha de parâmetros relevantes e apresentar estudos realizados no cenário proposto a fim de evidenciar o impacto da alta concentração de usuários. Por fim, são apresentados os resultados referentes à implementação do Q-Learning no cenário dinâmico.


  • Mostrar Abstract
  • This work aims to explore interference coordination techniques (ICIC) based on fractional frequency reuse (FFR) as a solution for interference in a multicellular scenario. The system presents a dynamic variation on the density of its users. Therefore, the Q-Learning algorithm performs the dynamic configuration of the ICIC parameters. The first chapter discusses the problem of high user density and its consequences. The following chapter presents some classic solutions, leading to the introduction of Fractional Frequency Reuse (FFR) and existing FFR techniques. Prior results are presented for performance evaluation. These also serve to guide the choice of relevant parameters and to highlight the impact of high user density. The final chapters present the results regarding the use of Q-Learning in the dynamic scenario.

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  • JOSÉ MARTINS DE CASTRO NETO
  • Soluções para Coexistência de Sistemas LTE e Wi-Fi em Ambientes Multicelulares

  • Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • LEONARDO AGUAYO
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • Data: 10/08/2020

  • Mostrar Resumo
  • O crescimento do acesso à internet por meio dos dispositivos móveis de quarta geração (4G), aliado ao crescimento da utilização de smartphones, o uso massivo de serviços de streaming por parte destes dispositivos e a chegada da quinta geração (5G), faz com que a demanda por transmissão móvel de dados atinja altos patamares, e requeiram mais largura de banda. Entretanto, o espectro eletromagnético utilizado para essas aplicações é limitado, acarretando escassez frente à demanda, além dos altos custos e burocracia para outorga de novas bandas. Uma das soluções encontradas para tal problema é a utilização do espectro não-licenciado, uma vez que é gratuito e possui, em certas faixas, largura de banda maior que o licenciado, além de possuir porções com subutilização, indicando menos possibilidade de interferência entre tecnologias. Nesse contexto, surgem as tecnologias LTE-LAA e LTE-U para o uso do espectro não-licenciado na banda Industrial, Scientific and Medical (ISM) em 5 GHz, com modificações no mecanismo de acesso ao meio do LTE. Essas tecnologias devem coexistir com a já consolidada e bem-sucedida tecnologia Wi-Fi, que utiliza o espectro não-licenciado desde sua criação. Entretanto, como cada tecnologia implementa um mecanismo de acesso ao meio diferente, estudos devem ser realizados para indicar os impactos que cada sistema tem nos demais quando coexistem. Além do estudo da coexistência, surge a oportunidade da aplicação de técnicas de Machine Learning para o ajuste automático dos parâmetros de acesso ao meio, controlando o impacto gerado de uma tecnologia em outra. Estudos de tal cenário em ambientes de uma única célula foram bastante explorados na literatura, restando como desafio o estudo e a concepção de soluções para o ambiente multicelular. Por tudo supracitado, este trabalho tem como objetivos: (1) o estudo da coexistência entre as tecnologias LTE-U e Wi-Fi em um cenário multicelular, com interferência co-canal e inter-RAT (mesma tecnologia); (2) aplicação de algoritmos de Machine Learning (aprendizado por reforço) para ajuste de parâmetros, visando otimizar o acesso ao meio de uma, ou ambas tecnologias, e consequentemente atingir melhoria na coexistência na forma de aumento de taxa e diminuição de perdas de pacotes.


  • Mostrar Abstract
  • The growth of mobile internet access from fourth generation (4G) devices, combined with increasing usage of smartphones, the upcoming fifth generation (5G) and massive usage of multimedia services, make the demand for mobile traffic reach high levels and the need for bandwidth grows. However, the electromagnetic spectrum utilized by these applications is limited, creating scarcity in the face of demand, besides the high costs and bureaucracy for granting new bands. To overcome this problem, one of the solutions is to leverage the unlicensed spectrum, for it is free of charges, presents some of its portions with bandwidth higher than the licensed spectrum, and portions with underused profile, indicating less probability of interference between technologies. In this context rises the LTE-U and LTE-LAA technologies with modifications in the medium access mechanism of LTE for leveraging the unlicensed spectrum in the Industrial, Scientific and Medical (ISM) 5 GHz band. These technologies must coexist with the most successful and consolidated technology already using this portion of the spectrum, the Wi-Fi. However, each technology implements its access mechanism, then studies must be done to point out impacts that each of these technologies has when coexist. Besides the coexistence study, the application of machine learning techniques to automatically adjust the medium access parameters, controlling the generated impact of one technology into another must be realized.   Studies in such a scenario and with single-cell environments have already been explored in literature, remaining the challenge of new solutions targeting multi-cell environments. For all it has been exposed, this work has the following goals: (1) The coexistence study of LTE-U and Wi-Fi technologies in a multi-cell scenario, with co-channel and inter-RAT (same technology) interference; (2) The application of machine learning algorithms (reinforcement learning) to adjust the parameters targeting optimizing the medium access for one, or both technologies, and consequently reach improvements in the coexistence measured in the form of data rates and decreasing packet losses. 

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  • NILSON HENRIQUE DE OLIVEIRA CUNHA
  • Análise de células unitárias com metamaterial utilizando substratos EBG para aplicações em Estruturas Planares


     

  • Orientador : JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • FRANCISCO DAS CHAGAS BARBOSA DE SENA
  • Data: 26/08/2020

  • Mostrar Resumo
  • Com o crescimento na área de comunicações e o intenso estudo de como transmitir e receber sinais eletromagnéticos com mais eficiência, os circuitos impressos tem ganhado destaque no cenário mundial. O perfil plano de fácil construção e de fácil integração com demais sistemas modernos são características atrativas destes circuitos, que estão presente em praticamente todos dispositivos atuais. Contudo, é sabido que estes tipos de elementos possuem diversas desvantagens, entre elas, o ganho relativamente baixo, largura de banda geralmente estreita e baixa eficiência de radiação. Para resolver estes diversos problemas, muitas vezes adicionam-se elementos que trabalham em conjunto, como por exemplo filtros e SIW (Substrate Integrated Waveguide). Porém, nem sempre é possível a aplicação destes elementos, devido a próprias limitações físicas do sistema desejado. Uma alternativa para contornar estas limitações é a aplicação de estruturas com bandas proibidas de propagação de ondas eletromagnéticas, denominadas de EBGs (Eletromagnetic Band Gap). Outra alternativa é a aplicação de estruturas artificiais denominadas metamateriais, ou do inglês MTMs (metamaterials). Todavia, dependendo do formato, distribuição e periodicidade, quase-periodicidade ou não periodicidade destas técnicas, é possível obter resultados diversos, como por exemplo, aumento em ganho, largura de banda, melhora no casamento de impedância, aumento de eficiência, filtro de modos superiores, dentre outros. Neste contexto, objetivando mesclar as técnicas citadas acima, pretende-se realizar um estudo, desde a caracterização de uma simples célula MTM/EBG até sua aplicação em uma antena planar, de modo que se comprove a utilidade e importância cientifica destas técnicas para aplicações em sistemas atuais.


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  • With the growth in communications and the intense study of how to transmit and receive electromagnetic signals more efficiently, printed circuits have gained prominence on the world scene. The flat profile, easy construction and easy integration with other nowadays systems are attractive of these circuits that are present in almost all current devices. However, it is known that these types of elements have several disadvantages such as relative low gain, generally narrow bandwidth and low efficiency. To solve these various problems, elements that work in sets are often added, such as filters and Substrate Integrated Waveguide (SIW), but it is not always possible to apply these elements due to the physical limitations of the desired system. An alternative to work around these limitations is the application of structures with prohibited bands of electromagnetic wave propagation called EBGs (Electromagnetic Band Gap), another alternative is the application of artificial structures called metamaterials (MTMs). However depending on the format, distribution and periodicity, quasi-periodicity or non-periodicity of these techniques it is possible to obtain different results, such as increase in gain, bandwidth, impedance matching, efficiency increase, among many other parameters reported in the literature. In this context, aiming to merge the techniques mentioned above, we intend to carry out a study, from the characterization of a simple MTM-EBG cell to its application in circuits such as antennas, filters and printed lines, so as to prove the usefulness and scientific importance of these techniques for applications in current systems.

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  • EMERSON VILAR DE OLIVEIRA
  • Análise de Desempenho de Método Baseado em Rede LSTM para Classificação de Falhas em um Processo de Controle de Nível 

  • Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CLAUBER GOMES BEZERRA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • Data: 28/08/2020

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  • Devido ao aumento das exigências no monitoramento de operação plantas industriais, metodologias para detecção e diagnósticos de falhas na operação desses processos vêm ganhando cada vez mais protagonismo, pois podem contribuir em soluções mais assertiva e até preditiva nos componentes que geraram tais perturbações ao bom funcionamento do sistema. Com o crescimento das abordagens orientadas a dados, as Redes Neurais Artificiais se tornaram consideráveis aliadas na solução destes problemas, sendo que as Redes Neurais Recorrentes, em especial, ganharam força devido a sua afinidade em lidar com séries que possuem ligações temporais entre suas amostras, que é o caso de monitoramento de variáveis de processos industriais. Devido a esta relevância, nesta dissertação é analisado o desempenho de um modelo baseado em rede neural recursiva do tipo  Long Short Term-Memory (LSTM) para a detecção e classificação de falha em um processo de controle de nível em escala piloto. Para a análise de desempenho foi empregada uma metodologia baseada em testes estatístico de Monte Carlo, onde se analisou a influência dos hiperparâmetros da redes LSTM, como  quantidade de camadas e tamanho da entrada e regressores. A métrica escolhida para quantificar o desempenho da classificação de falhas foi a acurácia. Os dados obtidos a partir da operação da planta piloto continham 23 situações de distúrbios nesse processo, que foram provenientes de perturbações aplicados em componentes como atuador, sensor, válvulas e o próprio tanque de água. A metodologia adotada se mostrou bastante eficiente para analisar tanto o desempenho quanto a robustez dessas redes neurais para a atividade de classificação de falhas, além de indicar as melhores configurações de arquitetura de rede.

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  • Due to the increasing demands in the operation monitoring of industrial plants, methodologies for fault detect and diagnose in the operation of these processes are gaining more and more importance, because they can contribute to more assertive and even predictive repairs in the components that generated such disturbances to the proper functioning of the system. With the growth of data-oriented approaches, Artificial Neural Networks have become considerable allies in solving these problems, and Recurrent Neural Networks, in particular, have gained strength due to their affinity in dealing with series that have temporal links between their samples, which is the case of industrial process variables monitoring. Due to this relevance, this dissertation analyzes the performance of Long Short-Term Memory (LSTM) recursive neural network for the detection and classification of faults in a pilot-scaled level control process. For the performance evaluation, a methodology based on Monte Carlo statistical tests was used, in which the influence of the LSTM network hyperparameters, such as number of layers and size of the input and regressors, was analyzed. The accuracy was the metric chosen to quantify the fault classification performance. The data set obtained from the operation of the pilot plant contained 23 situations of disturbances in this process, which resulted from disturbances applied to components such as sensor, valves and the water tank itself. The adopted methodology proved to be quite efficient to analyze both the performance and the robustness of these neural networks for the fault classification activity, in addition to indicating the best network architecture configurations.

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  • JULIO GUSTAVO SOARES FIRMO DA COSTA
  • Desenvolvimento Guiado por Interpretação de Metadados: promovendo o desenvolvimento de software dissociado do domínio de negócios

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
  • GIVANALDO ROCHA DE SOUZA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • NELIO ALESSANDRO AZEVEDO CACHO
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • Data: 02/09/2020

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  • Separação de Interesses (do inglês, separation of concerns) é um tópico amplamente abordado na academia e na indústria. Encontrar maneiras de separar as preocupações de interesse é a base para reduzir os custos de desenvolvimento de sistemas de informação. Embora o campo de pesquisa de construção de software com o objetivo de obter um alto grau de reutilização de suas partes seja considerado um campo relativamente maduro - com base na abstração de componentes - estão ocorrendo mudanças relevantes nesse cenário que abrem oportunidades para novas abordagens relacionadas à questão. O surgimento de novas arquiteturas de software, como a serverless compunting, no contexto de computação em nuvem, reforça a necessidade de pensar as possibilidades de construção de software com base nesse novo cenário. É nesse contexto que é apresentado o Metdata Interpretation Driven Development (MIDD), uma metodologia cujo objetivo é aumentar o grau de reutilização de artefatos de software criados a partir de seu uso. Neste texto, apresentamos uma nova metodologia para promover uma melhor reutilização de artefatos de software, denominada MIDD (Metadata Interpretation DrivenDevelopment). Sua particularidade, em relação às metodologias atualmente empregadas, é que requer uma dissociação completa entre o código do aplicativo e a representação do domínio de negócios, comumente posto naquele. Ou seja, o aplicativo deve ser capaz de interpretar os conceitos do domínio de negócios e não implementá-los. Como veremos, ao fazer assim, uma mesma instância de software construída com MIDD pode prover serviços de software para demandas de qualquer domínio de negócios ao mesmo tempo, sem a necessidade de adaptações em código


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  • Separation of Concerns is a topic widely addressed in academia and industry. Finding ways to separate software concerns is the basis for reducing software system development costs. Although the software construction research field with the objective of obtaining a high degree of reuse is considered a relatively mature field - based on the abstraction of components - relevant changes in the software services scenario are occurring and open opportunities for new approaches related to question. The emergence of new software architectures, such as serverless computing, in the context of cloud computing, reinforces the need to think software construction possibilities based on this new scenario. It is in this context that Metadata Interpretation Driven Development (MIDD) is presented, a methodology whose purpose is to increase the degree of reuse of software artefacts that are built from their use. Its particularity, in relation to the methodologies currently employed, is that it requires a complete dissociation between the application code and the representation of the business domain, commonly put in that. That is, the application must be able to interpret the concepts of the business domain, and not implement them. As we will see, doing that, the same instances of software built with MIDD may provide software service to demands for a distinct business domain at the same time, without changing its code.

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  • JOSÉ MARCOS LEAL BABOSA FILHO
  • Sondagem do Canal Banda Larga sem Fio: Técnicas, Simulação e Pós-processamento de Dados

  • Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LEONARDO HENRIQUE GONSIOROSKI FURTADO DA SILVA
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • ÁLVARO AUGUSTO MACHADO DE MEDEIROS
  • Data: 11/09/2020

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  • Nos últimos anos, vem aumentando a demanda por altas taxas de transmissão de dados nas comunicações sem fio. Um dos casos de uso dos sistemas de comunicações móveis de quinta geração (5G), o Enhanced Mobile Broadband (eMBB), prevê vazão de dados mínima de 20 Gbps de pico, utilizando a técnica de agregação de portadoras (carrier aggregation) para atingir larguras de banda ultra-largas. Contudo, os sinais transmitidos em banda larga e ultra-larga são mais susceptíveis à degradação por espalhamento no tempo e na frequência, devido à propagação do sinal por múltiplos caminhos e à movimentação relativa entre os transceptores, respectivamente. Nesse contexto, a sondagem de canal é de grande relevância, pois permite estimar as características do meio de transmissão, possibilitando a concepção de soluções de combate à degradação de desempenho imposta pelo canal de comunicação. Nessa perspectiva, o presente trabalho desenvolve uma pesquisa sobre as principais técnicas de sondagem do canal banda larga, tendo por objetivo principal a concepção em software de um simulador de sondagem de canal e de uma ferramenta de pós-processamento e análise para a caracterização de canais banda larga sem fio. Além disso, é feita uma análise comparativa das sondagens por correlação cruzada direta, utilizando 6 diferentes sequências como sinal de sondagem. Entre elas, estão as sequências PN, Frank-Zadoff-Chu e Golay.


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  • In recent years, the demand for high data rates in wireless communications has increased. The Enhanced Mobile Broadband (eMBB), one of the use cases of fifth generation of mobile communications systems (5G), requests 20 Gbps of minimum peak data throughput using carrier aggregation technique to achieve ultra-widebands. However, wideband and ultra-wideband signals are more susceptible to time and frequency spread degradation due to signal propagation over multiple paths and relative movement between transceivers, respectively. In this context, the channel sounding is of great relevance, since it allows to estimate the characteristics of the transmission medium, enabling the conception of solutions to combat the performance degradation imposed by the communication channel. From this perspective, this work develops a research on the main wideband channel sounding techniques, taking as main objective the conception in software of a channel sounding simulator and a post-processing and analysis tool for wireless wideband channel characterization. In addition, a comparative analysis of the direct cross-correlated soundings is performed, using 6 different sequences as sounding signal. Among them are the sequences PN, Frank-Zadoff-Chu and Golay.

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  • FREDERICO AUGUSTO FERNANDES SILVEIRA
  • Smart-IoT: um sistema de proteção contra DDoS para rede de Internet das Coisas

  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AGOSTINHO DE MEDEIROS BRITO JUNIOR
  • EDMAR CANDEIA GURJÃO
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • RAMON DOS REIS FONTES
  • Data: 20/10/2020

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  • O aumento do número de dispositivos em rede, no contexto de Internet das coisas(Internet of Things- IoT), impulsionou o número de ataques distribuídos de negação de serviço (Distributed Denial of Service-DDoS) nos últimos anos. Essa ameaça aproveita-se das limitações de segurança desses equipamentos, bem como de suas localizações geográficas para potencializar o impacto dos ataques. Desenvolver mecanismos para detectar e mitigar ataques DDoS nesse novo paradigma é um desafio atual na área de segurança de redes. Este trabalho propõe um mecanismo de defesa integrado ao controlador de rede IoT que usa técnicas de Aprendizagem de Máquina (AM) para a detecção desses ataques, e a flexibilidade das redes definidas por software (Software-Defined Networks-SDN) para a sua mitigação. O sistema proposto utiliza amostras aleatórias para realizar a classificação do tráfego da rede e o protocolo OpenFlow (OF) para aplicar as medidas de mitigação em tempo real.  A solução foi testada com quatro datasets recentes, em ambiente controlado de laboratório, mostrando-se capaz de detectar e mitigar ataques DDoS, com alta taxa de acertos e baixa taxa de falsos alarmes.


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  • The increase in the number of networked devices in the context of the Internet of Things (IoT) has driven the number of Distributed Denial of Service (DDoS) attacks in recent years. This threat takes advantage of the security limitations of these devices and their geographic locations to leverage the impact of the attacks. Developing mechanisms to detect and mitigate DDoS attacks in this new paradigm is a current challenge in network security. This work proposes a defense mechanism integrated into the IoT network controller that uses Machine Learning (AM) techniques to detect these attacks and the flexibility of Software-Defined Networks (SDN) for their mitigation. The proposed system uses random samples to perform network traffic classification and the OpenFlow (OF) protocol to apply real-time mitigation measures.  The solution was tested with four recent datasets in a controlled laboratory environment, showing to detect and mitigate DDoS attacks, with a high hit rate and low false alarm rate.

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  • CAIO JOSÉ BORBA VILAR GUIMARÃES
  • Redes neurais artificiais embarcadas otimizadas para dispositivos de baixo custo e tamanho de memória reduzido

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BRAD MCDANEL
  • EDGARD DE FARIA CORREA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • Data: 22/10/2020

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  • O emprego de Redes Neurais Artificiais (RNAs) têm sido de alto interesse para diversos setores: indústria, marketing, investimentos, medicina, dentre outros. Porém, aplicações embarcadas de RNAs sofrem com requerimentos de alta capacidade de processamento, armazenamento de dados e custo das plataformas que implementam essa tecnologia, tornando o uso comercial inviável. Este trabalho tem como objetivo propor uma implementação de RNAs Multilayer Perceptron (MLP) em microcontroladores de 8-bit, com treinamento e inferência embarcados. São demonstradas análises de convergência do treinamento, tempo gasto para inferência e ocupação de código de programa nas memórias internas do microcontrolador. Além disso, é demonstrada uma técnica de utilização de memória de programa para possibilitar o embarque de RNAs-MLP de arquiteturas maiores. Outra análise demonstra um comportamento que possibilita prever o tempo de inferência e ocupação de memória da RNA de acordo com o número de hiper parâmetros, habilitando-se um dimensionamento com comportamento esperado de uma implementação de RNA, baseado na sua arquitetura, para microcontroladores utilizando essa proposta.


  • Mostrar Abstract
  • Artificial Neural Networks (ANNs) are bio-inspired systems with a high level of parallelization and almost infinite applications. However, due to the associated high computational power requirements, most application demands powerful processing characteristics and consequently, high-costs and not-so-small form-factors. This work presents an implementation of a Multilayer Perceptrons (MLPs) for 8-bit microcontrollers in two different scenarios, embedded training, and inference. Analysis of training convergence, inference time duration, and program code occupation into the internal memories and a technique to optimize this implementation to fit bigger MLP architectures. The aim of this work is to provide an overview of the feasibility of ANNs on these low-cost, low-size-memory devices, known as microcontrollers

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  • DENIS RICARDO DA SILVA MEDEIROS
  • Proposta de algoritmos genéticos embarcados para dispositivos com baixo consumo de energia, baixo custo e tamanho de memória reduzido

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • PATRICIA DELLA MÉA PLENTZ
  • Data: 05/11/2020

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  • Este trabalho propõe duas implementações de algoritmos genéticos voltadas para dispositivos com limitações em consumo de energia, baixo custo, e quantidade de memória: uma versão autônoma, para ser utilizada em um único dispositivo, e uma versão distribuída, para ser usada em múltiplos dispositivos simultaneamente. A motivação deste trabalho é adaptar e otimizar essa importante técnica de inteligência artificial para que ela possa ser usada em inúmeras aplicações que tradicionalmente não era viável, como em microcontroladores. No trabalho, é feita uma investigação sobre como otimizar cada segmento do algoritmo e são fornecidos detalhes específicos sobre as duas implementações, incluindo seus códigos-fonte. Além disso, vários experimentos e simulações para diferentes cenários foram realizadas para validar seu funcionamento correto usando a técnica de Hardware-In-Loop, bem como para descobrir limitações nos parâmetros do algoritmo. A implementação autônoma é comparada a outro trabalho da literatura e ela é mais rápida e usa menos recursos. Para a versão distribuída, uma importante análise feita foi verificar se ela pode ser mais rápida que a versão autônoma, mas também mais eficiente em termos de consumo de energia ao se reduzir a frequência e a tensão de operação desses dispositivos. Por fim, esta investigação pôde determinar qual é o limite a partir de onde a versão distribuída, mesmo com uma alta sobrecarga devido à comunicação entre os dispositivos, se torna mais rápida ou mais eficiente em termos de consumo energia quando comparada à outra versão.


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  • This work proposes implementations of genetic algorithms targeting low-power, low-cost, and low-size-memory devices in two variants: a standalone version, to be used in one single device, and a distributed version, to be used in multiple devices simultaneously. The motivation is to adapt and optimize this important artificial intelligence (AI) technique so that it can be used in numerous applications where traditionally it was not feasible to be utilized, such as in microcontrollers. An investigation about how to optimize each separated segment of the algorithm is done and extensive details about both implementations are provided, including their source codes. Moreover, various experiments and simulations for multiple scenarios were done to validate their correct operation using Hardware-In-Loop technique, as well as to find out limitations for the algorithm parameters. The standalone implementation is compared to other work in the literature and it performs faster and using fewer resources. For the distributed version, an important analysis was done to verify that it can be faster than the standalone version but also more power-efficient when reducing the clock speed and voltage of those devices. Finally, this investigation could determine what is the threshold from where the distributed version, even with a high overhead due communication between the devices, become either faster or more power-efficient than the standalone one.

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  • ANDREZA CRYSTINE CARVALHO DE OLIVEIRA
  • Cálculo de Conjuntos Invariantes Controlados Robustos com Complexidade Fixa Usando Otimização Bilinear

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AMANDA DANIELLE OLIVEIRA DA SILVA DANTAS
  • ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • JOSÉ MÁRIO ARAÚJO
  • Data: 06/11/2020

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  • Neste trabalho uma metodologia para o cálculo de poliedros invariantes controlados robustos de complexidade fixa, baseado em otimização bilinear, é proposto para sistemas lineares de tempo discreto, sujeitos a restrições nos estados e nas entradas de controle e a perturbações de amplitude limitada. Em inúmeras aplicações da vida real, determinadas variáveis de um sistema devem obedecer a certas restrições. Em geral, estas restrições são especificadas por desigualdades lineares que definem conjuntos poliédricos limitados e fechados. Um conjunto é invariante controlado robusto se qualquer trajetória do estado iniciada dentro do conjunto pode ser mantido dentro dele por meio de uma ação de controle adequada, apesar das perturbações. Dessa forma, o cálculo de um conjunto invariante controlado robusto é um passo importante na solução de vários problemas de controle sob restrições. Os métodos convencionais de cálculo destes poliedros podem resultar em conjuntos de alta complexidade, definidos por um grande número de vértices. A metodologia proposta nesse trabalho possui condições de invariância bilineares e poliedros representados por vértices, cuja quantidade é fixada a priori. Busca-se também maximizar o volume do poliedro invariante controlado robusto. Por meio de exemplos numéricos, verifica-se que a metodologia é capaz de calcular poliedros de volume maior do que os de métodos recentes que buscam também conjuntos com complexidade reduzida. Além disso, a metodologia mostra-se eficiente do ponto de vista numérico, aplicável a sistemas de dimensões maiores do que aquelas tratadas pelos métodos disponíveis na literatura.


  • Mostrar Abstract
  • In this work, a methodology for the computation of robust controlled invariant polyhedra of fixed complexity, based on bilinear optimization, is proposed for discrete-time linear systems, subject to constraints on the states and control inputs and to bounded disturbances. In many real-life applications, certain variables in a system must comply with certain constraints. In general, these constraints are specified by linear inequalities that define limited and closed polyhedral sets. A set is robust controlled invariant if any state trajectory starting in this set can be maintained within it through a suitable control input, in spite of the disturbances. Thus, the calculation of a controlled invariant set is an important step in solving control problems under constraints. Conventional methods for robust invariant polyhedra computation can result in high complexity sets, defined by a large number of vertices. The methodology proposed in this work has bilinear invariance conditions and polyhedra represented by vertices, whose quantity is fixed in advance. The aim is also to maximize the volume of the robust controlled invariant polyhedra. Through numerical examples, the methodology is able to compute polyhedra with larger volumes than those obtained by recent methods which also seek for reduced complexity sets. In addition, a methodology is numerically efficient, applicable to larger systems than those treated by the methods available in the literature.

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  • JOSÉ RAIMUNDO DANTAS NETO
  • Estratégia de Controle aplicado a Sistemas de Geração Destribuída Segundo o Conceito de Gerador Síncrono Virtual

  • Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEXANDRE CUNHA OLIVEIRA
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MÁRIO LÚCIO DA SILVA MARTINS
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
  • Data: 17/12/2020

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  • A crescente utilização dos Sistemas de Geração Distribuída (SGD) baseados em fontes de energia renováveis (FER) tem contribuído para a redução de diversos impactos ambientais, econômicos e sociais causados pela queima de combustíveis fósseis no sistema de geração convencional. Entretanto, o aumento massivo da produção de energia elétrica a partir da utilização de FERs, também provoca impactos indesejáveis, como a redução da inércia da rede elétrica, oscilações na amplitude da tensão e redução das margens de estabilidade. Além disso, o Sistema Elétrico de Potência (SEP) tem alterado sua configuração e o conceito de microrrede tem ganhado interesse nos últimos anos. Nessa abordagem, sistemas de controle mais eficientes e confiáveis são requeridos para uma operação adequada do SEP. Com isso, estratégias de controle têm sido desenvolvidas, com o objetivo de que os SGDs forneçam a potência gerada pela fonte primária, mas também deem suporte de tensão e frequência à rede elétrica, promovendo o aumento das margens de estabilidade e garantindo a qualidade de energia. Dessa forma, neste trabalho é proposto um sistema de controle baseado no conceito de Gerador Síncrono Virtual (GSV), com o objetivo de contribuir com a estabilidade da rede elétrica, dando suporte de tensão através da regulação do fluxo de potência entre o SGD e a rede, a partir do uso da técnica de controle por decaimento P/ω e Q/V. O suporte de frequência é obtido com a introdução de uma inercia virtual no SGD. A inércia virtual é emulada por meio de técnicas de atraso de transporte aplicada na regulação de potência. Diferentemente da maioria dos trabalhos que utilizam a abordagem de GSV, um esquema de partida suave é desenvolvido, utilizando a estimação do vetor tensão da rede elétrica, feita por um SRF-PLL (do inglês, Synchronous Reference Frame Phase Locked Loop). Resultados de simulação são apresentados para validar o método proposto


  • Mostrar Abstract
  • The increasing of Distributed Generation (DG) based on renewable energy sources (RES) has contributed to the reduction of several environmental, economic and social impacts caused by the burning of fossil fuels in the conventional generation system. However, the massive increase in the energy production based on FERs, also causes undesirable impacts, such as the decrease of the grid inertia, voltage oscillations and stability margins reduction. In addition, the Electrical Power System (EPS) has changed its configuration and the microgrid concept has gained interest in recent years. In this approach, more efficient and reliable control systems are required for proper EPS operation. Thereby, DG control strategies have been developed aiming, not only to provide the power from primary sources, but also provide voltage and frequency support to the power grid, increasing the stability margins and guaranteeing the energy quality. Thus, this work proposes a control system based on Virtual Synchronous Generator (VSG) approach, aiming to contribute to the stability of the electrical network, providing voltage support by regulating the power flow, using the P/ω and Q/V droop control technique. Frequency support is obtained by introducing a virtual inertia in the DG. The virtual inertia is emulated by means of transport delay techniques applied in the power loop. Unlike most works that use the VSG approach, a smooth start up scheme is developed, using the voltage vector estimation of the electrical grid, made by an SRF-PLL (Synchronous Reference Frame Phase Locked Loop). Simulation results are presented to validate the proposed method.

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  • SILVAN FERREIRA DA SILVA JÚNIOR
  • Avaliando a tradução homem-máquina com mecanismos de atenção para sistemas baseados em SQL em ambientes de Indústria 4.0

  • Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • FRANCISCO DE ASSIS BRITO FILHO
  • GUSTAVO BEZERRA PAZ LEITAO
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • Data: 18/12/2020

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  • O uso de bancos de dados relacionais está cada vez mais presente na indústria. Aplicações em medicina, IoT e Indústria 4.0 são exemplos disso. Apesar da grande capacidade e eficiência no armazenamento e recuperação de dados, esse tipo de banco de dados requer conhecimentos técnicos em linguagens de consulta específicas para o acesso a essas informações, o que afasta esses tipos de aplicativos do público não especializado. Neste trabalho, propomos uma aplicação de modelos recentes em processamento de linguagem natural que utiliza mecanismos de atenção para tradução da linguagem natural em inglês para SQL aplicada a um banco de dados que armazena dados de sensores, com foco no conceito de Indústria 4.0. Exemplos pareados de frases de linguagem natural foram gerados com sua consulta SQL correspondente para serem usados para treinamento e validação. O modelo foi agnóstico em relação ao esquema de banco de dados, de forma que só lida com as sequências de entrada e saída independentemente da estrutura do banco de dados. Os dados vêm de historiadores de processo típico usado nos cenários industriais. Ao treinar a rede neural profunda, obtivemos um modelo de linguagem com uma precisão de aproximadamente 99% no conjunto de validação.


  • Mostrar Abstract
  • The use of relational databases is increasingly present in the industry. Applications in medicine, IoT and Industry 4.0 are examples of this. Despite the great capacity and efficiency in data storage and retrieval, this type of database requires technical knowledge in specific query languages to access this information, which distances these types of applications from the non-specialized public. In this work, we propose an application of recent models in natural language processing that uses mechanisms to translate natural language into English into SQL applied to a database that stores sensor data, focusing on the concept of Industry 4.0. Paired examples of natural language phrases were generated with their corresponding SQL query to be used for training and validation. The model was agnostic in relation to the database schema, so that it only handles the input and output sequences regardless of the database structure. The data comes from historians of the typical process used in industrial settings. When training the deep neural network, we obtained a language model with an accuracy of approximately 99 \% in the validation set.

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  • GABRIEL PEREIRA DE OLIVEIRA
  • Controle Cooperativo do Fluxo de Potência de Microrrede CC acoplado a Sistema de Armazenamento de Energia

  • Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • EUZELI CIPRIANO DOS SANTOS JUNIOR
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
  • Data: 18/12/2020

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  • A crescente demanda energética e o aumento da preocupação social/política com a questão ambiental tem impulsionado a inserção de fontes de energias renováveis (FERs) no sistema de potência. Tais fontes são inseridas como sistemas de geração distribuída (SGDs) no novo modelo de matriz energética organizada por microrredes. A dependência dessa fonte de energia a condições meteorológicas torna-a intermitente e estocástica. Portanto, para prover o equilíbrio energético dessas microrredes é necessário integrá-los a sistemas de armazenamento de energia (SAEs). Nesse sentido, neste trabalho é proposta uma estratégia de controle cooperativo para regular o fluxo de potência de uma microrrede CC com um SAE interconectado. Tal estratégia proposta coordena o controle de tensão do barramento CC pelo Interlink CC (ILC) e pelo SAE para provê a suavização da potência gerada. Para desacoplar as malhas de controle é utilizada uma função de inferência gaussiana baseada na informação do desvio de tensão no barramento CC. A técnica proposta é validada por meio de simulações digitais.


  • Mostrar Abstract
  • The growing energy demand and the increasing social/political concern for the environment has driven the insertion of renewable energy sources (RESs) in the power system. These sourcers are inserted as distributed generation (DGs) systems in the new matrix energy model organized by microgrids (MGs). RESs are dependent on meteorological conditions which make it intermittent and stochastic. To provide the energy balance of these microgrids, it is necessary to integrate energy storage systems (ESSs). Therefore, this work proposes a cooperative control strategy to regulate the power flow of a DC MG with an interconnected ESS. The proposed strategy coordinates the voltage control of the DC bus by Interlink CC (ILC) and by ESS to provide power smoothing. To decouple the control loops from the bus, a Gaussian inference function is used based on the information of the voltage deviation on the DC bus. The proposed technique is validated through digital simulations.

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  • JOÃO GUILHERME DOMINGOS DE OLIVEIRA
  • Análise de Antenas Planares para Aplicações em Sistemas de Sensoriamento

  • Orientador : VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • FRED SIZENANDO ROSSITER PINHEIRO
  • ROSSANA MORENO SANTA CRUZ
  • Data: 23/12/2020

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  • Dois sensores para a caracterização da constante dielétrica de diferentes tipos de materiais foram implementados e um deles aplicado na determinação do teor de água no solo (θ), enquanto que o outro é uma antena bio inspirada baseada na folha de Shiso. Os sensores propostos consistem em: A forma do patch da antena é inspirada na folha Shiso, cujo nome científico é Perilla Frutescens. Um capacitor interdigital complementar (CIDC) é inserido na geometria; Uma antena de microfita com patch circular com um recipiente impresso em filamento ABS, baseado na estrutura de complementary splitring resonator (CSRR). O princípio de funcionamento está baseado no deslocamento das frequências de ressonância do elemento ao ser alterado a permissividade relativa do material em teste (MUT). Diversas simulações foram realizadas, com os dados obtidos, dois modelos empíricos são propostos. Para a validação de sua eficácia, foram feitas medições com substratos dielétricos que possuem a constante dielétrica conhecida na literatura. O segundo sensor pode ser aplicado para diversos tipos de materiais, neste trabalho foi utilizado para a determinação do percentual de água contida em diferentes tipos de solos. Os protótipos foram construídos e os resultados obtidos nas medições foram confrontados com resultados de outros estudos, validando assim a eficácia dos sensores propostos.


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  • Two sensors for the characterization of the dielectric constant of different types of materials have been implemented and one of them applied in the determination of the soil water content (θ), while the other is a bio inspired antenna based on the Shiso leaf. The proposed sensors consist of in: The shape of the antenna patch is inspired by the Shiso leaf, whose scientific name is Perilla Frutescens. A complementary interdigital capacitor (CIDC) is inserted into the geometry; A microstrip antenna with a circular patch in a container printed on ABS filament, based on the complementary split-ring resonator (CSRR) structure. The operating principle is based on the displacement of the element’s resonance frequencies when the relative permittivity of the material under test (MUT) is changed. Several simulations were performed, with the data obtained, two empirical models are proposed. To validate its effectiveness, measurements were made with dielectric substrates that have the dielectric constant known in the literature. The second sensor can be applied to different types of materials, in this work it was used to determine the percentage of water contained in different types of soils. The prototypes were built and the results obtained in the measurements were compared with the results of other studies, thus validating the effectiveness of the proposed sensors.

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  • JOSÉ GARIBALDI DUARTE JÚNIOR
  • Estudo de uma Metodologia de Reconfiguração Aplicada no Desenvolvimento de Filtros Planares de Microondas Ajustáveis

  • Orientador : VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • FRANCISCO DE ASSIS BRITO FILHO
  • MURILO ARAUJO ROMERO
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 28/12/2020

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  • Os filtros desempenham papel importante em muitas aplicações de rádio-frequência (RF) e microondas. Eles são utilizados para separar ou combinar diferentes faixas de frequência. O espectro eletromagnético é limitado e necessita ser compartilhado, sendo assim, os filtros têm como função limitar e/ou selecionar os sinais de microondas/RF dentro dos limites espectrais atribuídos. Os filtros de microondas reconfiguráveis, ou sintonizáveis, têm atraído bastante atenção por parte dos pesquisadores e projetistas devidos suas características de melhoria na capacidade espectral e performance nos atuais sistemas de comunicação. Este trabalho apresenta um estudo a respeito de filtros planares de microondas reconfiguráveis. É proposta uma metodologia de reconfiguração baseada na utilização de dispositivos semicondutores do tipo diodo varactor de modo a permitir o ajuste de impedâncias ao longo da geometria do ressoador do filtro, e desta forma, reconfigurar a resposta em frequência do dispositivo de filtragem. São apresentados os projetos de três dispositivos reconfiguráveis sendo aplicáveis aos padrões de comunicação 5G NR sub-6 GHz, sendo o modelo 01 um filtro rejeita-faixa, e os modelos 02 e 03, filtros passa-faixa. Estudos, análises e simulações em linha de transmissão ideal e em tecnologia de microfita são produzidas através de ferramentas baseadas no método do circuito equivalente e do software ANSYS HFSS, sendo também utilizado o modelo equivalente do diodo varactor segundo seu datasheet. Resultados obtidos através de medição em laboratório demonstram uma boa concordância em comparação com curvas obtidas via simulação para ambos os três modelos de filtro, demonstrando assim operação em diversas faixas de frequência ajustáveis entre 0,5 e 3 GHz de acordo com o nível de polarização dos dispositivos semicondutores. Uma discussão dos resultados é apresentada relacionando os modelos construídos com suas respectivas metodologias de desenvolvimento, concluindo-se que o método é propício para o desenvolvimento de filtros planares de microondas reconfiguráveis para potenciais aplicações nas faixas de frequência do 5G sub-6 GHz.


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  • Filters play an important role in many radio frequency (RF) and microwave applications. They are used to separate or combine different frequency bands. The electromagnetic spectrum is limited and needs to be shared, so the filters have the function of limiting and / or selecting the microwave / RF signals within the assigned spectral limits. The reconfigurable, or tunable, microwave filters have attracted a lot of attention from researchers and designers due to their emerging characteristics of improving spectral capacity and performance in current and new communication systems. This work presents a study about reconfigurable microwave planar filters. A reconfiguration methodology based on the use of semiconductor devices of the varactor diode type is proposed in order to allow the adjustment of impedances along the geometry of the filter resonator, and thus, configure the frequency response of the filtering device. The designs of three reconfigurable devices are presented, being applicable to the communication standards 5G NR sub-6 GHz, with the model 01 being a band-reject filter, and the models 02 and 03, band-pass filters. Analyzes of the equivalent circuits of the filters are developed in order to establish an understanding of their respective performances depending on the geometry and the adjustment device. The initial analyzes and simulations were performed using the equivalent circuit method and the finite element method using the Ansys HFSS software, and the equivalent model of the varactor diode was also used according to its datasheet. Preliminary results are presented, which include the response obtained through simulation and measurement of the models without the use of varactors and results with the application of the reconfiguration methodology based on the varactors. Finally, the next fundamental steps for the continuation of the research are pointed out.

Teses
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  • RAMON AUGUSTO SOUSA LINS
  • Aprendizagem por reforço profundo uma nova perspectiva sobre o problema dos k-servos

  • Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • FRANCISCO CHAGAS DE LIMA JUNIOR
  • GUILHERME DE ALENCAR BARRETO
  • JORGE DANTAS DE MELO
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • Data: 28/01/2020

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  • O problema dos k-servos em um grafo ponderado (ou espaço métrico) é definido pela necessidade de mover eficientemente k servos para atender uma sequência de requisições que surgem de maneira online em cada nó do grafo. Este é talvez o problema mais influente de computação online cuja solução continua em aberto servindo de abstração para diversas aplicações, como a compra e venda de moedas, reatribuição de processos em processamento paralelo para balanceamento de carga, serviços de transporte online, gerenciamento de sondas de produção de petróleo, dentre outros. Sua simplicidade conceitual contrasta com sua complexidade computacional que cresce exponencialmente com o aumento do número de nós e servos. Anteriormente a este trabalho, o algoritmo Q-learning foi utilizado na solução de pequenas instâncias do problema dos k-servos. A solução ficou restrita à pequenas dimensões do problema pois sua estrutura de armazenamento cresce exponencialmente com o aumento do número de nós e servos. Este problema, conhecido como maldição de dimensionalidade, torna ineficiente ou até impossibilita a execução do algoritmo para certas instâncias do problema. Para lidar com maiores dimensões, o Qlearning em conjunto com o algoritmo guloso foi aplicado a um número reduzido de nós separados por um processo de agrupamento (abordagem hierárquica). A política local obtida em cada agrupamento, em conjunto com a política gulosa, foi utilizada na formação de uma política global, abordando de maneira satisfatória grandes instâncias do problema. Os resultados foram comparados a importantes algoritmos da literatura, o Work function, o Harmonic e o guloso. As soluções até então propostas dão ênfase ao aumento do número de nós, porém se analisarmos o crescimento da estrutura de armazenamento definida por Cn;k ' O(nk), é possível perceber que o aumento do número de servos pode torná-la rapidamente limitada pelo problema da maldição da dimensionalidade. Para contornar esta barreira, o problema dos k-servos foi modelado como um problema de aprendizagem por reforço profundo cuja a função de valor estado-ação foi definida por uma rede neural perceptron de múltiplas camadas capaz de extrair as informações do ambiente a partir de imagens que codificam a dinâmica do problema. A aplicabilidade do algoritmo proposto foi ilustrada em um estudo de caso no qual diferentes configurações do problema foram consideradas. O comportamento dos agentes foi analisado durante a fase de treinamento e sua performance foi avaliada a partir de testes de desempenho que quantificaram a qualidade das políticas de deslocamento dos servos geradas. Os resultados obtidos fornecem uma visão promissora de sua utilização como solução alternativa ao problema dos
    k-servos.


  • Mostrar Abstract
  • The k-server problem in a weighted graph (or metric space) is defined by the need to efficiently move k servers to fulfill a sequence of requests that arise online at each graph node. This is perhaps the most influential online computation problem whose solution remains open, serving as an abstraction for a variety of applications, as buying and selling of currencies, reassign processes in a parallel processing for load balancing, online transportation service, probe management of oil production rigs, among others. Its conceptual simplicity contrasts with its computational complexity that grows exponentially with the increasing number of nodes and servers. Prior to this work, the Q-learning algorithm was used to solve small instances of the k-server problem. The solution was restricted to small dimensions of the problem because its storage structure grows exponentially with the increase in the number of nodes and servers. This problem, known as the curse of dimensionality, makes the algorithm inefficient or even impossible to execute for certain instances of the problem. To handle with larger dimensions, Q-learning together with the greedy algorithm were applied to a small number of nodes separated into different clusters (hierarchical approach). The local policy obtained from each cluster, together with
    greedy policy, were used to form a global policy satisfactorily addressing large instances of the problem. The results were compared to important algorithms in the literature, as the Work function, Harmonic and greedy. The solutions proposed so far emphasize the increase in the number of nodes, but if we analyze the growth of the storage structure defined by Cn;k ' O(nk) It can be seen that the increase in the number of servers can be quickly limited by the problem of the curse of dimensionality. To circumvent this barrier, the k-server problem was modeled as a deep reinforcement learning task whose state-action value function was defined by a multilayer perceptron neural network capable of extracting environmental information from images that encode the dynamics of the problem. The applicability of the proposed algorithm was illustrated in a case study in which different problem configurations were considered. The behavior of the agents was analyzed during the training phase and their performance was evaluated from performance tests that quantified the quality of the displacement policies of the servers generated. The results provide a promising insight into its use as an alternative solution to the k-servers problem.

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  • WILLIANS RIBEIRO MENDES
  •  Integração de dados de sensoriamento remoto em sistemas de irrigação por taxa variável utilizando sistemas fuzzy de suporte a decisão

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • PAULO ESTEVÃO CRUVINEL
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JOSENALDE BARBOSA DE OLIVEIRA
  • RAFAEL VIEIRA DE SOUSA
  • Data: 07/02/2020

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  • A água doce é um recurso escasso que, nos dias de hoje, está sob um enfoque sem precedentes devido às preocupações com sustentabilidade dos ecossistemas naturais e, por uma grande demanda agrícola, que precisa alimentar uma população global crescente. Isso transforma a água doce em um recurso natural imprescindível para todos. Todas essas preocupações nos levam a querer gerenciar esse bem com maior eficiência, dessa forma, gerando uma demanda por sistemas mais inteligentes, automatizados e mais precisos, especialmente para a irrigação. Essa necessidade motiva o desenvolvimento e a implementação de novas tecnologias para um uso mais racional que permitirão aos agricultores melhorar quando e onde a irrigação é aplicada, buscando assim aumentar a produção de alimentos. Para alcançar esses objetivos, este trabalho apresentará uma proposta para um sistema inteligente de Irrigação por Taxa Variável (Variable Rate Irrigation). Será uma ferramenta de gerenciamento da irrigação por áreas específicas, ou seja, deverá ajudar na tomada de decisão em relação à aplicação de quantidade ideal de água em zonas. O que se espera é um maior rendimento da produtividade da lavoura e uma maior eficiência na utilização da água. Para conseguir essa precisão, o sistema usará uma abordagem com técnicas de inteligência artificial para criar, de forma autônoma, mapas de controle ideais para um sistema de irrigação por pivô central. O cerne desse sistema será a lógica fuzzy, que será capaz de estabelecer os valores de referências para os controladores de velocidade de giro e abertura individual de cada válvula dos aspersores, do pivô central. O sistema proposto basear-se-á na tomada de decisão (aplica-se mais ou menos água) usando dados de sensoriamento remoto e, com isso, espera-se que o sistema inteligente de irrigação descreva de forma eficiente a variabilidade espacial da plantação. Os resultados apontam que os dados de variáveis edafoclimáticas, quando bem combinados com a lógica fuzzy, podem resolver as incertezas e não linearidades de um sistema de irrigação, além de estabelecer um modelo de controle para irrigação com alta precisão. E embora nem sempre seja possível reduzir o consumo de água, essa tecnologia tem muitos usos potenciais que podem aumentar a lucratividade da fazenda.


  • Mostrar Abstract
  • Freshwater is a scarce resource, and nowadays it is under unprecedented focus due to concerns about the sustainability of natural ecosystems and because of the high agricultural demand, which needs to feed a growing global population. These concerns make freshwater a necessary natural resource for everyone. All these issues lead us to want to manage this asset more efficiently, thus generating an increase in the demand for more intelligent, more automated and more accurate systems. These needs are the driving force behind the development and implementation of new technologies for more rational use, allowing farmers to improve when and where irrigation is applied, seeking to increase food production. In this manner, this work presents a new proposal for an intelligent variable rate irrigation system application in order to achieve that goal. It will be a site-specific irrigation management tool; in other words, a system that should assist in decisions about applying water quantity to delimited zones. We expect a higher yield from crop productivity and greater efficiency in water use. To be successful, the system has an artificial intelligence approach to automatically create optimal control maps for a center pivot irrigation system. At the heart of this system there will be the fuzzy logic, which will be able to set the reference values for the rotating speed controllers and individual opening of each central pivot sprinkler valve. The proposed system will be based on the decision making (whether applying more or less water) and will use remote sensing data, so we expect the smart irrigation system to describe the spatial variability of the crop efficiently. The results point out that the edaphoclimatic variables, when well combined with fuzzy logic, can solve uncertainties and non-linearities of an irrigation system and define a control model for high precision irrigation. However, it will not always be possible to reduce water consumption, but this technology has many uses to increase farm profitability.

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  • ROBERTO DOUGLAS DA COSTA
  • Classificação dos Estilos de Aprendizagem Baseado em Sistemas Inteligentes: um estudo de caso na educação mediada por tecnologia

  • Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALINE DE PINHO DIAS
  • AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
  • ELOIZA DA SILVA GOMES OLIVEIRA
  • GUSTAVO FONTOURA DE SOUZA
  • JOÃO PAULO QUEIROZ DOS SANTOS
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • Data: 14/02/2020

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  • Com o crescimento da educação a distância (EAD) no Brasil em seus níveis de ensino, seja ele médio, técnico ou superior e o aumento da oferta de cursos online disponibilizados através dos Ambientes Virtuais de Aprendizagem (AVA), surge uma preocupação com o desenvolvimento deste aluno durante o curso e o seu aprendizado. Com objetivo de associar os recursos e atividades oferecidos no AVA as classes de Estilos de Aprendizagem, este trabalho propõe criar um algoritmo que possa identificar os padrões de comportamento dos alunos da EAD através do uso ferramentas disponíveis no AVA e associa-los a uma classificação de Estilos de Aprendizagem com intuito de auxiliar o professor na confecção dos seus planos de aula, sugerindo recursos e atividades avaliativas dispostas no AVA que irão favorecer o aprendizado dos seus alunos de acordo com o Estilo de Aprendizado característico de cada um deles.


  • Mostrar Abstract
  • With the growth of distance education (EAD) in Brazil in its levels of education, be it medium, technical or superior and the increase in the offer of online courses made available through the Virtual Learning Environments (AVA), there is a concern with the development Of this student during the course and their learning. In order to associate the resources and activities offered in AVA with the Learning Styles classes, this work proposes to create an algorithm that can identify the behavior patterns of the EAD students through the use of tools available in the AVA and associates them with a classification of Learning Styles in order to assist the teacher in the preparation of his / her lesson plans, suggesting resources and evaluation activities arranged in the AVA that will favor the learning of its students according to the Learning Style characteristic of each one of them.

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  • JOSÉ CLÁUDIO VIEIRA E SILVA JUNIOR
  • Estratégias de Hardware Aplicadas à Redução de Latência em Internet Tátil

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUCAS M. OLIVEIRA
  • DENNIS BARRIOS ARANIBAR
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • JOSE ALBERTO NICOLAU DE OLIVEIRA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • Data: 28/02/2020

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  • Este trabalho se propõe a apresentar estratégias de hardware aplicadas a redução de latência na internet tátil. A motivação é estudar os desafios contidos no desenvolvimento do hardware associado aos dispositivos táteis, especialmente questões relacionadas ao limite de latência dos componentes do sistema. Como se sabe, para que um ambiente de internet tátil funcione de forma desejável, é necessário respeitar um limite mínimo de latência associada ao envio e a volta dos dados. Uma vez que algumas aplicações táteis permitem que alguns sentidos humanos possam interagir com as máquinas de forma remota, isso faz com que, quase sempre, o limite mínimo de latência associada ao envio e a volta dos dados fique com um atraso temporal na faixa dos milissegundos. Sendo assim, percebe-se que existe uma demanda por dispositivos táteis com elevando processamento. Diante deste contexto, são apresentadas três propostas de hardware que tem como objetivo principal reduzir a latência total produzida por este tipo de dispositivo. A primeira estratégia proposta para o desenvolvimento do hardware é usar computação reconfigurável (em FPGA) para minimizar o tempo de execução dos algoritmos associados ao dispositivo. A segunda proposta de hardware também faz o uso da computação reconfigurável (em FPGA), no entanto, o hardware é projetado usando outro tipo de representação numérica. Finalmente, a terceira proposta apresenta um modelo de luva tátil implementada usando um tipo de sistema microprocessado. Resultados associados as três propostas são apresentados e mostram a viabilidade das estratégias, apresentando um desempenho superior em relação aos trabalhos apresentados na literatura.


  • Mostrar Abstract
  • This work proposes to present hardware strategies applied to reduce latency in the tactile internet. The motivation is to study the challenges contained in the development of the hardware associated with the tactile devices, especially issues related to the round trip latency limit of the system components. As is known, for a tactile internet environment to work desirably, it is necessary to respect a minimum limit of round trip latency. Since some tactile applications allow some human senses to interact with the machines remotely, this means that, almost always, the minimum limit of round trip latency has a time delay in the range of milliseconds. Thus, it is clear that there is a demand for tactile devices that are quite fast. In this context, three hardware proposals are presented that have the main objective to reduce the total latency produced by this type of device. The first strategy proposed for the development of hardware is to use reconfigurable computing (on FPGA) to minimize the execution time of the algorithms associated with the device. The second hardware proposal also makes use of reconfigurable computing (on FPGA). However, the hardware is designed using another type of numerical representation. Finally, the third proposal presents a tactile glove model implemented using a variety of micro processed system. Results associated with the three proposals are presented and show the viability of the strategies, presenting better performance concerning the works that were compared.

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  • PEDRO THIAGO VALERIO DE SOUZA
  • Sensoriamento Espectral e Detecção de Sinais em Sistemas MIMO com Ruído Impulsivo e Desvanecimento por Múltiplos Percursos

  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • Waslon Terllizzie Araujo Lopes.
  • ALUISIO IGOR REGO FONTES
  • GUILHERME DE ALENCAR BARRETO
  • Data: 09/03/2020

  • Mostrar Resumo
  • Em sistemas celulares, os sinais de informação devem ser transmitidos com altas taxas de transmissão de dados e elevada confiabilidade. Uma das possíveis soluções para atingir esses critérios desejados consiste na utilização de sistemas com múltiplas antenas transmissoras e/ou receptoras, caracterizando um sistema MIMO (Multiple Input - Multiple Output). Todavia, as técnicas de processamento de sinais em sistemas MIMO geralmente supõem gaussianidade do canal de transmissão, diminuindo sua eficiência em cenários de comunicação não-gaussianos. Neste trabalho é proposto uma nova técnica de detecção sinais em sistemas MIMO em cenários caracterizados por ruído não-gaussiano. A técnica de recepção proposta é denominada de Maximum Correntropy Detector (MCD), sendo provado trata-se de uma generalização do detector MLD (Maximum Likelihood Detector) através do uso da correntropia complexa. O detector MCD é analisado em canais Gaussianos e não Gaussianos, sendo observado um desempenho superior aos detectores clássicos nós experimentos realizados, sem aumento significativo da complexidade computacional. Conjuntamente, este trabalho também apresenta um novo método de sensoriamento espectral adequado a detecção de sinais que apresentam variação de fase não-linear ao longo do tempo. O método proposto basea-se no uso da teoria de sinais cicloestacionários em ângulo-tempo, o qual emprega transformações do sinal a ser sensoriado de forma a mitigar o efeito da variação não-linear da fase. A arquitetura proposta é avaliada no sensoriamento de sinais BPSK e é comparada a técnica de sensoriamento por cicloestacionariedade temporal. Os resultados de simulação obtidos comprovam a eficiência da arquitetura proposta, apresentando ganhos na taxa de detecção de usuários primários na ordem de 8 dB.


  • Mostrar Abstract
  • In mobile systems, information signals must be transmitted with high rates of data transmission and with high reliability. One of the possible solutions to achieve these desirable requirements is the use of systems with multiple transmitting and/or receiving antennas, featuring a MIMO system (Multiple Input-Multiple Output). However, signal processing techniques in MIMO systems depend on the Gaussianity of the transmission channel, decreasing their efficiency in non-Gaussian communication scenarios. To goal a robustness of this transmission technique, it will become imperative or to study this transmission technique in scenarios in which the channel is not exhibited by Gaussianity. In this work, a new signal detection technique in MIMO systems is proposed in scenarios characterized by non-Gaussian noise. A proposed reception technique is called Maximal Correntropy Detector (MCD) and it has been experimentally proven to treat a generalization of the MLD detector (Maximum Likelihood Detector) using the use of the correntropy complex. The MCD detector is analyzed on Gaussian and non-Gaussian channels and its performance is superior to classic detectors, without a significant increase in computational complexity. Together, this work also presents a new method of spectral sensing suitable for detecting signals that show non-linear phase variations over time. The proposed method is based on the use of theory of cyclostationary signals in waiting time, or which transformation employs signals to be a sensor in order to mitigate or effect non-linear variation of the phase. A proposed architecture is evaluated without a BPSK signal sensor and is compared to a temporal cyclostationary sensing technique. The results of the simulation tested prove the efficiency of the architecture proposal, presenting detection rates of primary users with an order of 8 dB.

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  • FRANCISCO ARY ALVES DE SOUZA
  • Aplicação de DGS em Formato H para Supressão e Atenuação de Modos de Ordem Superior em Antenas de Microfita 

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
  • ALEXANDRE JEAN RENE SERRES
  • ALFREDO GOMES NETO
  • Data: 10/06/2020

  • Mostrar Resumo
  • Esta tese tem por objetivo a caracterização de filtro DGS H para atenuação de modos de ordem superior em antenas de microfita. O DGS H é projetado independente da antena. As dimensões iniciais do H serão calculadas por meio da faixa de atenuação desejada. Após projeto e análise da resposta do filtro, ele será integrado à antena. A integração permite eliminar filtros entre a fonte de sinal e a antena. Dentre as vantagens destaca-se a
    redução das perdas de inserção. O filtro H é investigado por meio da resposta em frequência. As dimensões do H (pesos e barra) foram parametrizadas a partir da dimensão inicial proposta aqui, o que torna possível o controle da banda de rejeição, a partir dos modos a serem atenuados. Esta tese apresenta a caracterização do filtro DGS em formato de H para aplicações em antenas de microfita e também um método para calcular a dimensão inicial do H. Foram projetadas duas antenas para comprovar a eficácia da proposta. Estas estão projetadas para a banda S e C (2,45 e 5,80 GHz). Os resultados mostram a atenuação dos modos de ordem superior para as Antenas de Microfita estudadas nesta tese. Os resultados simulados e medidos são apresentados e discutidos. Os modos excitados são investigados por meio dos campos modais e resposta em frequência. As medições dos protótipos foram realizadas por meio de analisador de rede vetorial (VNA) e câmera anecoica.



  • Mostrar Abstract
  • This thesis aims to characterize the DGS H filter to attenuate higher-order modes in microstrip antennas. The DGS H is designed independently of the antenna. The initial dimensions of H will be calculated using the desired attenuation range. After design and analysis of the filter response, the DGS H will be integrated into the antenna. The integration allows to eliminate filters between the signal source and the antenna. The reduction of insertion losses is the main advantage among others. The H filter is investigated through the frequency response. The dimensions of H (weights and bar) were parameterized from the initial dimension proposed here, which makes it possible to control the rejection band from the modes to be attenuated. This thesis presents the characterization of the DGS filter in H format for applications in microstrip antennas as well as a method to calculate the initial dimension of H. Two antennas were designed to prove the effectiveness of the proposal. These antennas are designed for the S and C bands (2.45 and 5.80 GHz). The results show the attenuation of the higher-order modes for the Microstrip Antennas studied in this thesis. The simulated and measured results are presented and discussed. The excited modes are investigated through the modal fields and frequency response. Prototype measurements were performed using a vector network analyzer (VNA) and an anechoic camera.

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  • TÚLIO DE PAIVA MARQUES CARVALHO
  • Sabiá: Arquitetura Integrada de Autenticação e Autorização de Dados Orientada ao Consentimento do Usuário para Ecossistemas de Aprendizagem em Saúde no Brasil

  • Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • KARILANY DANTAS COUTINHO
  • CYNTHIA ROSAS MAGALLANES
  • CRISTINE MARTINS GOMES DE GUSMÃO
  • JAILTON CARLOS DE PAIVA
  • Data: 17/07/2020

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  • Os sistemas de informação em saúde no Brasil foram projetados e desenvolvidos de maneira heterogênea e com base nas características loco-regionais, resultando em falta de integridade das informações em saúde. Neste contexto, o Ministério da Saúde brasileiro apontou a necessidade de soluções de interoperabilidade dos sistemas de informação em saúde, destacando a importância da integração com bancos de dados nacionais e alinhamento às leis brasileiras de proteção de dados, bem como sua aplicação no contexto da educação para auxiliar na formação continuada dos profissionais de saúde. Assim, este trabalho apresenta o Sabiá, uma plataforma para autenticação, autorização e entrega de dados baseada no consentimento do usuário para sistemas de informação em saúde no Brasil e que atualmente está presente no contexto de ecossistemas educacionais em saúde. A arquitetura do Sabiá foi projetada para atingir os seguintes requisitos: R1) Fornecer uma identidade federada; R2) Ser um gerenciador de recursos federados; R3) Coletar dados do usuário de diferentes sistemas de informação e; R4) Entregar dados do usuário a sistemas com base no consentimento do usuário. O Sabiá consiste em três componentes principais: 1) Sabiá Authorization Server, responsável pela implementação da autenticação aberta; 2) Sabiá Collector, responsável por coletar dados de diferentes sistemas de informação e; 3) Sabiá Resource Server, responsável por fornecer dados previamente autorizados pelo usuário aos sistemas. Após analisar os dados históricos, a funcionalidade R4 foi selecionada para ser submetida ao teste de desempenho, porque é o processo que mais afeta o desempenho geral do sistema. Os testes tiveram como objetivo analisar o comportamento de Sabiá no cenário mais pesado, com base em dados históricos. Os resultados não mostraram falhas e indicaram escalabilidade e consistência do sistema, nas quais o usuário percebe uma reação instantânea do sistema, cujas médias de tempo de resposta permaneceram abaixo de 100 ms.


  • Mostrar Abstract
  • Health information systems in Brazil have been designed and developed in a heterogeneous manner based on local regional characteristics, resulting in a lack of health information integrity. In this context, the Brazilian Ministry of Health pointed out the need for interoperability solutions of health information systems, noting the importance of integration with national databases and alignment with Brazilian data protection laws as well its application in education to aid with continuing education for health professionals. Therefore, this work presents Sabiá, a platform for authentication, authorization and data delivery based on user consent for health information systems in Brazil and currently applied in the context of health educational ecosystems. Sabiá's architecture is designed to achieve the following requirements: R1) Provide a Federated Identity; R2) Be a Federated Resource Manager; R3) Collect user data from different information systems and; R4) Deliver user data to systems based on user consent. Sabiá consists of three main components: 1) Sabiá Authorization Server, responsible for implementing Open Authentication; 2) Sabiá Collector, responsible for collecting data from different information systems and; 3) Sabiá Resource Server, responsible for delivering data previously authorized by the user to the systems. After analyzing historical data, R4 functionality was selected to be submitted to performance testing because it is the process that most affects overall system performance. The tests aimed at analyzing Sabiá's behavior in the heaviest scenario based on historical data. The results showed no flaws and indicated system stability and consistency, in which the user perceives a system reaction instantaneous, whose response time averages remained below 100 ms.

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  • MÔNICA MARIA LEAL
  • Proteção Direcional com classificador de faltas Baseados na Transformada Wavelet

  • Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • FELIPE VIGOLVINO LOPES
  • JOSÉ CARLOS DE MELO VIEIRA JUNIOR
  • KAI STRUNZ
  • Data: 10/08/2020

  • Mostrar Resumo
  • Para garantir a segurança do sistema de potência é essencial proteger o sistema de forma
    rápida e precisa. Neste trabalho, uma proteção direcional baseada na transformada
    wavelet
    é apresentada usando apenas o primeiro nível de decomposição dos coeficientes. Os componentes escalas são usados como substituídos para a transformada de Fourier a fim de recrear a
    proteção direcional convencional. As equações de torque foram matematicamente redefinidas
    para o domínio
    wavelet usando tensões e correntes amostradas. Com respeito a ativação da proteção, os coeficientes wavelet são usados para uma rápida detecção dos transitórios induzidos
    pela falta a fim de reduzir o tempo de operação do relé, enquanto que os coeficientes escalas
    são usados como ativador de
    backup de acordo com a proteção de sobrecorrente. Além disso,
    um classificador de faltas usando transformada
    wavelet discreta redundante - TWDR com bordas aplicado as componentes modais de de Clarke foi desenvolvido para dar suporte a proteção
    direcional. O método um simples fluxo logico baseado em limiares e requer as medições de
    correntes de apenas um terminal. O uso das energias dos coeficientes
    wavelets da TWDR com
    bordas implica num método rápido e preciso devido a extração dos componentes de alta e baixa
    frequência. Avaliações provaram a viabilidade de reconstruir a proteção direcional convencional pelo uso da TWDR e mostraram a rápida operação da proteção proposta comparada à
    proteção direcional tradicional baseada na transformada de Fourier. Como nova funcionalidade
    da proteção direcional, a unidade de sequência negativa pode ser usada para identificar a direcionalidade das faltas trifásicas mesmo diante de um severo afundamento de tensão sem o
    uso de uma estratégia de uma memória adicional, como é realizado na proteção convencional.
    Os resultados sobre o classificador de faltas comprovam a potencialidade do classificador em
    identificar corretamente todos os dez tipos de faltas de forma rápida e precisa dando o suporte
    necessário para a proteção direcional proposta



  • Mostrar Abstract
  • Fast and accurate protections are required to ensure the safety of the power system. In
    this research, a new directional protection based on wavelet transfom is described by using
    only the first wavelet decomposition level. The scaling coefficients are used in replacement of
    the Fourier transform in order to recreate the conventional directional protection. The torque
    equations were mathematically redefined in the wavelet domain by using sampled voltages and
    currents. Regarding the protection activation, the wavelet coefficients are used for fast detection of fault-induced transients (wavelet activators) in order to reduce the relay operating time,
    whereas the scaling coefficients are used for backup activation in accordance with the overcurrent protection (wavelet overcurrent activators). In addition, a real-time fault classification
    method using the RT-BSWT applied to modal components of the Clarke transform was developed to support the directional protection. The method uses a simple threshold-based logic
    flow instead of a sophisticated artificial intelligence-based algorithm, and requires three-phase
    current measurements from only one terminal. Furthermore, by using the wavelet coefficients
    energy of RT-BSWT, the method is fast and accurate due to the extraction of both low- and
    high-frequency components of faults. Evaluations have proved the feasibility to rebuild the
    conventional directional protection by using the RT-SWT, which has provided better performance and faster operating time than the conventional protection based on the discrete Fourier
    transform (DFT). As new functionalities to the directional protection, the wavelet-based negative sequence unit can be used to identify the fault directionality to three-phase faults, even with
    severe voltage sags without memory strategies, which is not possible with the conventional protection. The fault classifier results have shown it is accurate and fast to identify all of the ten
    fault types successfully supporting the directional protection needs


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  • DAVI HENRIQUE DOS SANTOS
  • Framework para avaliação de desempenho de sistemas de controle de veleiros autônomos

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • ALEXANDRE DE MORAIS AMORY
  • ESTEBAN WALTER GONZALEZ CLUA
  • JOAO MORENO VILAS BOAS DE SOUZA SILVA
  • Data: 04/09/2020

  • Mostrar Resumo
  • Propomos neste trabalho uma metodologia para estimação do desempenho e comparação de sistemas de controle para veleiros autônomos. Um dos problemas que mais dificulta a pesquisa em robótica móvel na atualidade é a ausência de metodologia padrão e plataformas para distribuição/verificação das implementações e resultados obtidos. Nossa solução consiste em definir uma metodologia para comparação formada por três partes: escopo, métricas e cenários. O escopo define quais partes do sistema são comparáveis e também cria uma forma compreensiva de definir o sistema de navegação básico de um veleiro autônomo. Métricas quantitativas devem ser extraídas dos dados obtidos durante o experimento no cenário e serão usadas para uma avaliação de características esperadas de um sistema de controle, como estabilidade, consumo energético, robustez e eficácia, resultando em uma primeira classificação do sistema de controle. Uma implementação inicial desta metodologia é feita usando o ambiente Ardupilot, onde várias técnicas de controle e métricas foram implementadas e testes em simulação foram realizados. O sistema pode ser gradativamente ampliado com a adição de mais técnicas de controle e métricas.


  • Mostrar Abstract
  • In this work we propose a methodology for estimating the performance and comparing control systems for autonomous sailboats. One of the biggest problem in mobile robotics research is the absence of standard tools and methodology for distribution/verification of implementations and the performance of the employed techiniques. Our approach consists of an framework for performance evaluation divided in three components: scope, metrics and scenarios. The scope define the parts of the system that are comparable and also presents a compreesive approach to define the basis navigation system for autonomous robot. The scenario represent situations that happen during sailboat missions such as keep the sailboat close to a desired waypoint (virutal anchoring), docking and tracking. Quantitative metrics are extracted by experiments in the scenario and are used to evaluate characteristics expected from control systems such as stability, energy consumption, robustness and efficiency, resulting in an initial classification of the control system. An initial implementation of the system is made using the Ardupilot framework, where some control techinique and metrics were implemented for first analisys. The level of analysis can be gradually improved by adding more control techinique and metrics.

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  • LEONARDO ALVES DIAS
  • Proposta de Implementação Paralela de Algoritmos de Clustering em Hardware

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • DANIEL SABINO AMORIM DE ARAUJO
  • NANDOR VERBA
  • CARLOS ALBERTO VALDERRAMA SAKUYAMA
  • Data: 05/10/2020

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  • Este trabalho apresenta um estudo sob algoritmos de clusterização de dados implementados em hardware dedicado para aplicações em geral, objetivando aumentar a velocidade de processamento. Algoritmos de clusterização têm sido amplamente adotados para encontrar a padrões entre dados, em diferentes áreas. No entanto, estes algoritmos normalmente implicam em uma alta complexidade de processamento e, além disso, a quantidade de dados armazenados atualmente é massiva. Sendo assim, a necessidade de processamento de dados com alto throughput tornou-se ainda mais importante, especialmente para aplicações em tempo real. Uma solução que foi adotada para aumentar a velocidade de processamento é o uso de técnicas paralelas implementadas em hardware dedicado, que provou ser mais eficiente em comparação com sistemas sequenciais. Logo, este trabalho propõe a implementação totalmente paralela dos algoritmos de clusterização de dados em hardware para otimizar o tempo de processamento dos sistemas em diversas áreas, possibilitando aplicações para sistemas com quantidade massiva de dados. Uma nova proposta de implementação dos algoritmos de clusterização K-means e Self-Organising Map são apresentadas, juntamente a análises dos resultados relacionados ao throughput e o recurso de hardware para diferentes parâmetros. As implementações apresentadas aqui apontam para uma nova direção associada a implementação de algoritmos de clusterização e poderá ser utilizada em outros algoritmos.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents a study on data clustering algorithms implemented in dedicated hardware for applications in general, aiming to increase the processing speed. Clustering algorithms have been widely adopted to find patterns between data in different areas. However, these algorithms usually imply high processing complexity and, in addition, the amount of data currently stored is massive. Therefore, the need for high-throughput data processing has become even more critical, especially for real-time applications. One solution that has been adopted to increase processing speed is the use of parallel techniques implemented on dedicated hardware, which has proved to be more efficient compared to sequential systems. Therefore, this work proposes the fully parallel implementation of data clustering algorithms in hardware to optimize the processing time of systems in several areas, enabling applications for systems with a massive amount of data. A new proposal for implementations of the clustering algorithms K-means and Self-Organizing Maps are presented, together with an analysis of the results related to throughput and the hardware resource for different parameters. The implementations presented here point to a new direction associated with the implementation of clustering algorithms and can be used in other algorithms.

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  • SÂMARA DE CAVALCANTE PAIVA
  • Sistema de Monitoramento de Frequência e Detecção de Ilhamento Baseados na Transformada Wavelet Contínua.

  • Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • JOSEP MARIA GUERRERO ZAPATA
  • KLEBER MELO E SILVA
  • LEANDRO MICHELS
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • Data: 13/10/2020

  • Mostrar Resumo
  • Os sistemas modernos de distribuição utilizam fontes de energias renováveis (FER) como geração distribuída que acarretam problemas nos sistemas de proteção, ilhamentos não-intencionais e reversibilidade no fluxo de potência. As características intermitentes das FER podem provocar desvios de frequência e, consequentemente, instabilidades na rede elétrica. Em geral, estruturas de controle hierárquicas implementam o gerenciamento do fluxo de potência dessas microrredes. Ele é normalmente composto por três camadas de controle, denominadas de: primário, secundário e terciário. A camada de controle primário é responsável pela implementação das malhas internas, utilizadas para regulação das tensões e correntes dos sistemas de geração distribuída. Elas são tipicamente implementadas por meio técnicas de controle por controle por decaimento e tem como finalidade, a manutenção da estabilidade de tensão e de frequência desses sistemas. Eles também são responsáveis pela distribuição de potência entre os elementos da microrrede. As principais desvantagens do controle por decaimento referem-se aos desvios de frequência e de tensão verificados em regime permanente. Para compensar esses desvios, é inserida uma camada de controle secundário responsável pela restauração dos valores de tensão e de frequência nos pontos de acoplamento. O conhecimento preciso dos desvios de frequência da microrrede permite a implementação da restauração efetiva da sua frequência de operação. Além disso, essas microrredes podem operar nos modos conectado ou ilhado. Desta forma, para manter a integridade do sistema, ocorrência de ilhamentos ou faltas devem ser detectadas e tratadas para assegurar a estabilidade do sistema. Neste sentido, a transformada wavelet contínua se mostra uma ferramenta útil para implementação de um sistema de detecção da ocorrência de ilhamentos.  Esse sistema pode ser concebido segundo diferentes metodologias, dentre as quais, destaca-se o sistema híbrido, composto pela integração de sistemas passivos e ativos. O referido sistema é capaz de monitorar a frequência da rede elétrica, e por meio deste, gerar informação suficiente para promover a identificação segura de condições de ilhamento. Nesta tese, utiliza-se as potencialidades da transformada wavelet contínua para o desenvolvimento dos sistemas de detecção e identificação da condição de ilhamento e o do monitoramento da frequência das microrredes. A eficácia dos métodos propostos é avaliada e validada por meio de resultados experimentais, obtido em uma microrrede CA, experimental.


  • Mostrar Abstract
  • The modern distribution system widely uses renewable energy sources (RESs) as a distributed generation that introduces problems like unintentional islanding, protection concerns, and reverse power flow. The RES intermittent characteristics can cause frequency deviations that could result in systems instabilities. In general, hierarchical structures implement these microgrids' power flow control management, composed of primary, secondary, and tertiary control layers. The primary control layer consists of inner current and voltage control loops, typically implemented via droop control loops, for the purpose of maintaining a stabilization of frequency and voltage amplitudes, as well as power-sharing. The principal drawbacks of droop control approaches are steady-state frequency and voltage deviations. For that reason, the secondary control layer is introduced to mitigate these deviations. The accurate knowledge of microgrid frequency deviations permits the implementation of proper frequency restoration. Besides, those microgrids could operate in the connected or islanding modes. Islanding or fault occurrences must be detected and treated to ensure system stability. This way, the continuous wavelet transform is employed for developing a hybrid islanding detection and a frequency monitor to fulfill the microgrid's requirements related to a secure islanding detection and a frequency restoration. In this Thesis, both systems' development is carried out, with the effectiveness of proposed methods evaluated and validated through experimental results.

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  • MAXIMILIANO ARAÚJO DA SILVA LOPES
  • t-SNE paralelo: Uma técnica paralela para redução de dimensionalidade de dados aplicada em Cidades Inteligentes

  • Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • ALUISIO IGOR REGO FONTES
  • CICILIA RAQUEL MAIA LEITE
  • DANIEL SABINO AMORIM DE ARAUJO
  • Data: 16/10/2020

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  • Nos últimos anos, a população urbana vem crescendo de maneira acelerada ao redor do mundo. Para se adequar a esse aumento populacional, os prefeitos precisam mudar a sua forma de gerir essas grandes cidades. Assim, o conceito de Cidades Inteligentes ganha força e vem para modificar a forma de vida da população mundial. O investimento nesse conceito de cidades inteligentes se encontra na direção de melhorar a gestão e a qualidade de vida das pessoas. Os maiores desafios na aplicação desse tipo de sistemas, estão vinculados ao processamento, visualização e análise dos dados gerados, visto que ao funcionarem conectados esses sistemas geram uma grande massa de dados, chamada de Big Data, que precisam ser tratados de maneira diferentes dos sistemas convencionais. Para a visualização dos dados, um artifício que pode ser utilizado são as técnicas para redução de dimensionalidade, que trazem os dados de uma dimensão n para duas ou três dimensões, ficando assim perceptíveis aos olhos humanos. Um dos principais problemas que envolve as técnicas de Redução de Dimensionalidade está vinculado ao tempo de processamento, o que os tornam praticamente inviáveis de serem aplicados a grandes massas de dados. Nessa tese, é sugerida uma maneira de diminuir o tempo de processamento desses algoritmos, através da paralelização do algoritmo t-SNE. Foi realizada uma análise em cada uma das partes do algoritmo, verificando que trechos poderiam ser paralelizados e quais trechos continuariam com seu processamento convencional. Dessa forma, o algoritmo paralelizado apresentou melhores resultados que a sua versão convencional, apresentando-se como uma técnica mais eficiente e eficaz na Redução da Dimensionalidade de dados com o objetivo de otimizar a visualização e análise dos mesmos.


  • Mostrar Abstract
  • In recent years, the urban population has been growing rapidly around the world. To adapt to this population increase, mayors need to change the way they manage these large cities. Thus, the concept of Smart Cities gains strength and comes to change the way of life of the world population. The investment in this concept of smart cities is aimed at improving people’s management and quality of life. The biggest challenges in these systems are linked to the processing, visualization and analysis of the generated data, since when they work connected these systems generate a large mass of data, called Big Data, which need to be treated differently from conventional systems. For the visualization of the data, a device that can be used are the techniques for reducing the dimensionality, which bring the data from one n dimension to two or three dimensions, thus being perceptible to human eyes. One of the main problems involving Dimensionality Reduction techniques is related to the processing time, which makes them practically unfeasible to be applied to large masses of data. In this thesis, a way to decrease the processing time
    of these algorithms is suggested, by parallelizing the t-SNE algorithm. An analysis was performed on each part of the algorithm, verifying which sections could be parallelized and which sections would continue with their conventional processing. In this way, the parallelized algorithm showed better results than its conventional version, presenting itself as a more efficient and effective technique in Reducing the Dimensionality of data in order to optimize their visualization and analysis.

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  • TIAGO ALVES DE ALMEIDA
  • Regulação e Rastreamento de Referência Constante com Rejeição de Perturbações por Realimentação de Saída Usando Conjuntos Invariantes Controlados

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRÉ FELIPE OLIVEIRA DE AZEVEDO DANTAS
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JOÃO MANOEL GOMES DA SILVA JUNIOR
  • KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • ROBERTO KAWAKAMI HARROP GALVAO
  • Data: 16/10/2020

  • Mostrar Resumo
  • Este trabalho trata do projeto de controladores por realimentação de saída para sistemas lineares de tempo discreto restritos por meio de técnicas de invariância de conjuntos. A esse propósito, poliedros Invariantes Controlados por Realimentação de Saída
    (sigla em inglês OFCI) são usados para garantir que as restrições de estado e controle sejam satisfeitas a todo tempo, mesmo na presença de distúrbios aditivos e ruídos de medição. São apresentadas condições necessárias e suficientes para que um conjunto poliédrico seja OFCI, que pode ser verificado pela solução de um conjunto de problemas de Programação Linear (PL). Então, um compensador dinâmico por realimentação saída (possivelmente não-linear) é proposto, através da construção de um conjunto OFCI, a partir de um par composto por um poliedro invariante condicionado e um poliedro invariante controlado. Com base nas medições disponíveis e no estado do compensador, o qual constitui uma estimativa do estado do sistema, uma sequência de controle adequada pode ser calculada para impor as restrições. A incerteza no estado é progressivamente reduzida usando informações sobre a contração do conjunto invariante condicionado. Um problema de PL é formulado para calcular uma ação de controle que impõe as restrições e minimiza, um passo à frente, uma distância garantida dos estados admissíveis para a origem. Também é considerado o problema de rastrear um sinal de referência constante na presença de perturbações constantes para o qual a concepção do controlador correspondente é motivada a partir do controlador aplicado à estabilização. Com a abordagem proposta, conforme ilustrado através de exemplos numéricos, incorporando o estimador na estrutura do compensador e usando o conceito de conjuntos OFCI, é possível obter soluções com conjuntos maiores de estados iniciais admissíveis e erros de estimativa inicial admissíveis, em comparação com outras abordagens disponíveis na literatura.


  • Mostrar Abstract
  • This work is concerned with design of output feedback controllers for constrained linear discrete-time systems via set-invariance techniques. In this regard, Output-Feedback Controlled-Invariant (OFCI) polyhedra are used to ensure that state and input constraints are satisfied all time even in the presence of additive disturbances and measurement noise. Necessary and sufficient conditions for a polyhedral set to be OFCI are presented, which can be checked by the solution of a set of Linear Programming (LP) problems. Then, a dynamic output-feedback compensator (possibly nonlinear) is proposed, through the construction of an OFCI set, from a pair composed by a conditioned-invariant and a controlled-invariant polyhedron. Based on the available measurements and on the state of the compensator, which constitutes an estimate of the system state, a suitable control sequence can be computed to enforce the constraints. The uncertainty on the state is progressively reduced using information about the contraction of the conditioned-invariant set. An LP problem is formulated to compute a control action that enforces state and control constraints and minimizes, one step ahead, a guaranteed distance from the admissible states to the origin. The problem of tracking a constant reference signal in the presence of constant disturbances is also considered for which the conception of the tracking controller is motivated from the stabilizing controller. With the current approach, as illustrated through numerical examples, by embedding the estimator in the compensator structure and using the OFCI concept, it is possible to obtain solutions with larger sets
    of admissible initial states and admissible initial estimation errors, compared to other approaches available in the literature.

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  • THIAGO MEDEIROS BARROS
  • Um Processo Orientado a Dados para Geração de Modelo de Predição de Evasão Escolar
  • Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • BETANIA LEITE RAMALHO
  • RAYMUNDO CARLOS MACHADO FERREIRA FILHO
  • PLACIDO ANTONIO DE SOUZA NETO
  • Data: 22/10/2020

  • Mostrar Resumo
  • A Evasão Escolar, também conhecido como abandono escolar, é um problema extremamente complexo, pois envolve não apenas uma variedade de perspectivas, mas também uma variedade de diferentes tipos de comportamento de abandono. Historicamente os modelos de evasão escolar mais citados tiveram sua origem na educação, entretanto a emergente área de Ciência de Dados aplicada na Educação é capaz de desenvolver novos modelos preditivos, com resultados geralmente melhores quando comparados com os métodos estatísticos tradicionais.  O principal objetivo dessa tese é a proposição de um Processo para geração de um Modelo Preditivo de Evasão Escolar baseada em Ciências de Dados.  Para tal, é definido uma sequência de etapas, a fim de modelar um fluxo de informação desde a definição do problema até a geração de informação útil a gestores e professores. As etapas são compostas por: "Entender o Problema", "Entender os Dados", "Engenharia de Atributos", "Seleção de Atributos", "Balanceamento de Dados", "Modelos", "Avaliação" e "Interpretação".  A contribuição da proposta se encontra na indicação de quais técnicas e algoritmos devem ser empregados em cada etapa do processo proposto, e mostrar que o fenômeno de evasão escolar deve ser abordado como um problema de classes desbalanceadas, a qual deve utilizar-se de ferramentas e métricas apropriadas, a fim de gerar um modelo de predição robusto e de fácil interpretação.  O processo proposto foi validado sobre dados educacionais, socioeconômicos e demográficos de alunos de cursos integrados do Instituto Federal do Rio Grande do Norte (IFRN).

     


  • Mostrar Abstract
  • School dropout is an extremely complex problem, as it involves not only a variety of perspectives, but also a variety of different types of dropout behavior.  Historically, the most cited school dropout models had their origin in education, however the emerging area of Data Science applied in Education is capable of developing new predictive models, with generally better results when compared to the most used traditional statistical methods.   The main objective of this thesis is the proposition of a Process for the generation of a Predictive School Dropout Model based on Data Sciences.  To this end, a sequence of steps is defined in order to model an information flow from the definition of the problem to the generation of useful information for managers and teachers. The steps consist of:  Understanding the Problem, Understanding the Data, Feature Engineering, Feature Selection, Data Balancing, Models, Evaluation and Interpretation.  The proposal’s contribution is found in the indication of which techniques and algorithms should be used in each phase of knowledge discovery, and show that the phenomenon of school dropout must be addressed as a problem of imbalanced classes, which must use tools and appropriate metrics, in order to generate a robust and easy to interpret prediction model. The proposed process was validated on educational and socioeconomic data of students at  Federal Institute of Rio Grande do Norte (IFRN).

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  • TALES VINICIUS RODRIGUES DE OLIVEIRA CAMARA
  • Arquiteturas de Classificação Automática de Modulações em Ambientes Impulsivos Baseadas em Características Cicloestacionárias

  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • WAMBERTO JOSÉ LIRA DE QUEIROZ
  • JOILSON BATISTA DE ALMEIDA REGO
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • PEDRO THIAGO VALERIO DE SOUZA
  • Data: 23/10/2020

  • Mostrar Resumo
  • O rápido crescimento de aplicações suportadas por sistemas de comunicações sem-fio impulsiona a busca por novos sistemas de comunicações que permitam explorar eficientemente o espectro de frequências, como os sistemas baseados em rádio cognitivo. O rádio cogntivo pode ser definido como um sistema de comunicações inteligente, capaz de se adaptar autonomamente ao canal de comunicação, por meio da reconfiguração dos seus parâmetros de operação. Uma importante propriedade dos rádios cognitivos é a capacidade de reconhecer automaticamente o tipo de modulação empregada em um sinal de RF, possibilitando assim, a interoperabilidade entre sistemas, a melhoria da eficiência espectral, ou mesmo, viabilizando a vigilância eletrônica (em contextos de aplicações militares). Esse atributo é conhecido como classificação automática de modulações (AMC). Dentre as técnicas de AMC que caracterizam o estado-da-arte, estão as que se baseiam em detecção de padrões obtidos a partir da análise de características cicloestacionárias de segunda ordem. Embora muito difundidas, essas técnicas não são capazes de reconhecer alguns tipos modulações digitais, tais como modulações M-QAM e M-PSK de alta ordem. Em contra partida, as técnicas de análise cicloestacionárias de ordem superior, usadas para extração de descritores singulares dessas modulações, possuem um custo computacional muito elevado e são adequadas apenas para ambientes de comunicação com ruído AWGN. Embora o modelo de ruído AWGN seja amplamente empregado para caracterizar canais de comunicação sem-fio, existem diversos cenários práticos que são melhor modelados por distribuições não-gaussianas, como por exemplo a comunicação em HF, cujo ambiente apresenta uma forte contaminação por ruídos impulsivos. Recentemente, duas novas funções de análise cicloestacionária, a  função de autocorrelação cíclica fracionária de ordem inferior (FLOCAF), e a função de correntropia cíclica (CCF), foram definidas e avaliadas para o propósito de sensoriamento espectral em ambientes impulsivos, sendo o sensoriamento espectral um problema de menor complexidade em relação à classificação automática de modulações. De fato, sabendo que não existia na literatura uma solução satisfatória para a classificação automática de modulações de alta ordem em canais com ruído impulsivo, este problema foi abordado neste trabalho. Em particular, foram desenvolvidas aqui arquiteturas de classificação automática de modulações baseadas nas funções cicloestacionárias FLOCAF e CCF, combinadas com técnicas de classificação por árvore de decisão e por regressão logística. As arquiteturas foram desenvolvidas para o reconhecimento das modulações digitais BPSK, QPSK, 8-QAM, 16-QAM, e 32-QAM, e avaliadas em diferentes contextos de contaminação por ruído aditivo alfa-estável. Os resultados mostraram que todas as arquiteturas foram capazes de operar em ambientes impulsivos, sendo as arquiteturas baseadas na CCF as mais eficientes.


  • Mostrar Abstract
  • The rapid growth of applications supported by wireless communications systems drives the search for new communications systems that allow to efficiently explore the frequency spectrum, such as systems based on cognitive radio. The cognitive radio can be defined as an intelligent communications system, capable of adapting autonomously to the communication channel, through the reconfiguration of its operating parameters. An important property of cognitive radios is the ability to automatically recognize the type of modulation employed in an RF signal, thus enabling interoperability between systems, improving spectral efficiency, or even enabling electronic surveillance (in military application contexts) ). This attribute is known as automatic modulation classification (AMC). Among the AMC techniques that characterize the state-of-the-art, are those that are based on the detection of patterns obtained from the analysis of second order cycle stationary characteristics. Although very widespread, these techniques are unable to recognize some types of digital modulations, such as high-order M-QAM and M-PSK modulations. On the other hand, the higher order cycle stationary analysis techniques, used to extract singular descriptors of these modulations, have a very high computational cost and are only suitable for communication environments with AWGN noise. Although the AWGN noise model is widely used to characterize wireless communication channels, there are several practical scenarios that are better modeled by non-Gaussian distributions, such as HF communication, whose environment presents a strong contamination by impulsive noise. Recently, two new cyclostationary analysis functions, the lower order fractional cyclic autocorrelation function (FLOCAF), and the cyclic current correlation function (CCF), were defined and evaluated for the purpose of spectral sensing in impulsive environments, being the spectral sensing a less complex problem in relation to the automatic classification of modulations. In fact, knowing that there was no satisfactory solution in the literature for the automatic classification of high-order modulations in channels with impulsive noise, this problem was addressed in this work. In this work, automatic modulation classification architectures are developed based on the FLOCAF and CCF cyclostationary functions, combined with decision tree classification and logistic regression techniques. The architectures were developed for the recognition of BPSK, QPSK, 8-QAM, 16-QAM, and 32-QAM digital modulations, and evaluated in different contexts of alpha-stable additive noise contamination. The results showed that all architectures were able to operate in impulsive environments, however, architectures based on CCF were the most efficient.

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  • ADELSON MENEZES LIMA
  •  Aplicação e Análise de Arranjos de Células Metamateriais no Projeto das Antenas de Microfita


  • Orientador : JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • FRANCISCO DAS CHAGAS BARBOSA DE SENA
  • HUMBERTO DIONISIO DE ANDRADE
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • Data: 23/10/2020

  • Mostrar Resumo
  • A obtenção e integração de soluções para aplicações tecnológicas na área de comunicações têm levado pesquisadores a investigarem diversos tipos de materiais, com destaque neste trabalho para o caso dos metamateriais na construção de circuitos de micro-ondas. Por outro lado, devido à facilidade de construção, as antenas de microfita têm utilizado metamateriais que são obtidos artificialmente por possibilitar alterações nas suas propriedades eletromagnéticas. Nesse contexto, o presente trabalho propõe uma célula metamaterial para o desenvolvimento de configurações de arranjos periódicos, imersos no substrato dielétrico, na construção das antenas de microfita. Para o projeto da célula e antenas de microfita, utilizou-se a frequência de operação de 5,8 GHz. Simulações com o software HFSS® que utiliza Elementos Finitos como método numérico, foram realizadas para analisar as características eletromagnéticas da célula e os parâmetros das antenas. Resultados numéricos realizados com a célula em estudo, apresenta uma forte influência da permeabilidade magnética nas propriedades metamateriais, na frequência desejada. O primeiro estudo de caso apresentou uma maior largura de banda e melhor casamento de impedância. No segundo, apesar da obtenção de uma maior largura de banda, constatou-se uma diminuição na frequência de ressonância, e uma alteração no casamento de impedância quando as células foram rotacionadas. Para validar os resultados, protótipos foram construídos para o primeiro caso em análise e os resultados medidos foram comparados aos obtidos numericamente, mostrando uma boa concordância. No segundo estudo, foram obtidos apenas resultados simulados, considerando o ângulo de rotação das células, variando entre 0 à 90 graus com intervalos de 15 graus. Para todas as estruturas estudadas, os parâmetros analisados foram o coeficiente de reflexão (S11), largura de banda, carta de Smith, diagrama de radiação (2D e 3D), ganho, distribuição do campo elétrico e a densidade de corrente superficial.


  • Mostrar Abstract
  • Obtaining and integrating solutions for technological applications in the communications area has led researchers to investigate various types of materials, with emphasis on this case for the case of metamaterials in the construction of microwave circuits. On the other hand, due to the ease of construction, microstrip antennas have used metamaterials that are obtained artificially by allowing changes in their electromagnetic properties. In this context, the present work proposes a metamaterial cell for the development of the configuration of periodic arrangements, immersed in the dielectric substrate, in the construction of the microstrip antennas. For the design of the cell and microstrip antennas, the operating frequency of 5.8 GHz was used. Simulations with the HFSS® software that uses Finite Elements as a numerical method, were performed to analyze the electromagnetic characteristics of the cell and the parameters of the antennas. Numerical results performed with the cell understudy, has a strong influence of magnetic permeability on metamaterial properties, at the desired frequency. The first case study showed greater bandwidth and better impedance matching. In the second, despite obtaining a greater bandwidth, a decrease in the resonance frequency was observed, and a change in the impedance matching when the cells were rotated. To validate the results, prototypes were built for the first case under analysis and the measured results were compared to those obtained numerically, showing a good agreement. In the second study, only simulated results were obtained, considering the angle of rotation of the cells, ranging from 0 to 90 degrees with intervals of 15 degrees. For all the studied structures, the parameters analyzed were the reflection coefficient (S11), bandwidth, Smith chart, radiation diagram (2D and 3D), gain, electric field distribution, and surface current density.

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  • ARTHUR SALGADO DE MEDEIROS
  • Controle direto da tensão do rotor de um gerador de indução duplamente alimentado por meio de um processo de otimização restrita em tempo real

  • Orientador : MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE TAVARES DE OLIVEIRA
  • MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MARCUS VINICIUS ALVES NUNES
  • RICARDO FERREIRA PINHEIRO
  • THALES AUGUSTO DE OLIVEIRA RAMOS
  • UBIRATAN HOLANDA BEZERRA
  • Data: 30/10/2020

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  • O constante crescimento do potencial de geração de energia a partir de fonte eólica tem sido destaque no cenário mundial. Mudanças globais de comportamento em busca do desenvolvimento e consumo sustentáveis, substituindo combustíveis fósseis visando a melhoria à qualidade de vida e à preservação do planeta, são fatores importantes para a continuidade desse crescimento, devido à necessidade cada vez maior por fontes renováveis de energia. O desenvolvimento de pesquisas e estudos que propõem diferentes tipos de tecnologias para melhorar a eficiência e a qualidade da energia gerada por turbinas eólicas são cada vez mais incentivadas e necessárias, devido à sua participação cada vez maior nas matrizes energéticas de muitos países. Tornam-se, também, necessárias a revisão e a atualização dos códigos de rede, para que se adaptem à imprevisibilidade da geração por meio desse tipo de fonte energética e à necessidade operacional de maior controlabilidade. Além de definir as regras para a operação normal em regime permanente, os códigos de rede mais atuais demandam auxílio, por parte dos parques eólicos, nos controles de tensão e frequência, contribuindo para a manutenção da qualidade da operação da rede à qual estão conectados. Os sistemas de conversão de energia eólica que utilizam o Gerador de Indução Duplamente Alimentado, mais comumente chamado de DFIG, do inglês Doubly Fed Induction Generator, são os mais populares atualmente. Vantagens como redução da carga mecânica, controle de picth mais simples, amplo controle de potência ativa e reativa, conversores de menor potência que implica em menores perdas por chaveamento, redução de custos com conversores, menor injeção de harmônicos na rede, o colocam à frente de topologias de turbinas com geradores síncronos ou geradores de indução com rotor em gaiola. Esta tese tem o objetivo de apresentar e demonstrar a viabilidade da utilização de uma nova abordagem sobre os controles de tensão, potência ativa e reativa e fator de potência por meio do controle direto da tensão aplicada ao rotor do DFIG, pelo conversor do lado do rotor (do inglês, Rotor Side Converter – RSC). Essa tensão é determinada analiticamente, resolvendo um processo de otimização restrito em tempo real. Um sistema de equações derivado do circuito equivalente é adotado para representar o ponto de operação desejado do DFIG, e a solução desse sistema define os valores das coordenadas de tensão de alimentação do rotor, em regime permanente. Uma nova estratégia de controle é proposta para alcançar os valores de referência de tensão do rotor, sem violar os limites existentes em outras variáveis. Esta estratégia é desenhada de forma que a velocidade de evolução da tensão aplicada ao rotor seja governada pela evolução dinâmica da velocidade mecânica do rotor. Um processo de otimização foi formulado para minimizar o tempo de convergência da velocidade do rotor, restringindo variações transitórias na potência líquida gerada, de forma a acelerar a máquina, sem ultrapassar os limites nominais de corrente DFIG. Seguindo as tendências recentes de soluções com reduzido número de sensores, apenas as medições obtidas dos sensores do estator (tensões e correntes) são usadas. Dessa forma, a velocidade angular e as correntes do rotor são estimadas em tempo real. Um algoritmo para estimativa de indutância também está incluído, evitando que desvios do valor nominal possam levar a falsas tensões de referência ou alterações no controle de reativo. Além disso, é proposto um método para definição do ângulo de passo e da velocidade de referência, utilizando o método de solução numérica de Newton-Raphson.


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  • The constant growth in the potential for generating energy from wind sources has been highlighted on the world stage. Global behavioral changes in search of sustainable development and consumption, replacing fossil fuels aiming at improving the quality of life and preserving the planet, are important factors for the continuation of this growth, due to the increasing need for renewable energy sources. The wind energy conversion systems that use the Doubly Fed Induction Generator - DFIG, are the most popular today. Advantages such as reduced mechanical load, simple picth control, control of active and reactive power, lower power converters that mean less switching losses, reduced converter costs, less harmonic injection into the network, put it ahead of turbine topologies with synchronous generators or induction generators with squirrel cage rotors. This thesis aims to present and demonstrate the feasibility of using a new approach on voltage control, active and reactive power control and power factor control through direct control of the voltage applied to the DFIG’s rotor, by the Rotor Side Converter - RSC. This voltage is determined analytically, solving a restricted optimization process in real time. A system of equations derived from the equivalent circuit is adopted to represent the desired operating point of the DFIG, and the solution of this system defines the values of the rotor supply voltage coordinates, in steady state. A new control strategy is proposed to reach the rotor voltage reference values, without violating the limits existing in other variables. This strategy is designed so that the speed of evolution of the voltage applied to the rotor, is governed by the dynamic evolution of the mechanical speed of the rotor. An optimization process was formulated to minimize the time of convergence of the rotor speed, restricting transitory variations in the net power generated, in order to accelerate the machine, without exceeding the current limits. Following recent trends in solutions with a reduced number of sensors, only measurements obtained from the stator sensors (voltages and currents) are used. In this way, the angular velocity and rotor currents are estimated in real time. An algorithm for estimating inductance is also included, preventing deviations from the nominal value could lead to false reference voltages or changes in reactive control. In addition, a method for defining the pitch angle and the reference speed is proposed, using the Newton-Raphson numerical solution method.

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  • PETRÚCIO RICARDO TAVARES DE MEDEIROS

  • Detecção de Estímulo Visual Usando Múltiplas Fóveas

  • Orientador : RAFAEL BESERRA GOMES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BRUNO MOTTA DE CARVALHO
  • ESTEBAN WALTER GONZALEZ CLUA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • RAFAEL BESERRA GOMES
  • ROBERTO MARCONDES CESAR JUNIOR
  • Data: 30/10/2020

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  • A técnica de multifoveamento permite adicionar vários focos na imagem, os quaispodem ser explorados como pontos de atenção visual em contextos de detecção, identifi-cação e/ou reconhecimento de objetos. Entretanto, a utilização da técnica de multifovea-mento exige o conhecimento da posição dos estímulos visuais. Neste trabalho propomosuma nova abordagem de detectação dos estímulos visuais fazendo uso da estrutura dasmúltiplas fóveas. Para isso, utilizamos estratégias matemáticas adaptadas ao contexto devisão computacional, que levam em consideração a distribuição das fóveas para estimar alocalização dos estímulos visuais na imagem. As estratégias matemáticas adotadas forama descida do gradiente (campo de potencial), máximo verossimilhança, multilateração,trilateração e coordenadas baricêntricas. Os resultados mostram que os algoritmos con-vergem para a posição do estímulo visual, com excessão do algoritmo de interseção depotenciais locais devido a sensibilidade aos mínimos locais. Além disso, os algoritmosque utilizam campo de potencial exigem mais tempo de processamento e recursos compu-tacionais em comparação com as outras estratégias. Contudo, é possível afirmar que trêsfóveas são suficientes para estimar a posição de um estímulo visual na imagem fazendouso dos algoritmos de trilateração e coordenadas baricêntricas. Concluímos que o multi-foveamento associado às estratégias matemáticas pode ser aplicado na detecção visual eapresenta convergência com no mínimo três fóveas


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  • The multifoving technique allows the addition of several focuses in the image, which can be explored as points of visual attention in contexts of detection, identification and / or object recognition. However, the use of the multifoving technique requires knowledge of the position of visual stimuli. In this work we propose a new approach to detect visual stimuli using the structure of multiple foveas. For this, we use mathematical strategies adapted to the context of computational vision, which take into account the distribution of the foveas to estimate the location of visual stimuli in the image. The mathematical strategies adopted were the descent of the gradient (potential field), maximum likelihood, multilateration, trilateration and barycentric coordinates. The results show that the algorithms converge for the position of the visual stimulus, with the exception of the local potential intersection algorithm due to the sensitivity to local minimums. In addition, the algorithms that use potential fields require more processing time and computational resources compared to other strategies. However, it is possible to affirm that three fóveas are sufficient to estimate the position of a visual stimulus in the image making use of the trilateration algorithms and baricentric coordinates. We conclude that the multi-panning associated with mathematical strategies can be applied in visual detection and presents convergence with at least three foveae.

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  • REUBER REGIS DE MELO
  • RFID em IoUT Usando uma Estrutura de Atenuação Dielétrica para Aplicação como Sensor de Umidade

  • Orientador : JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • IDALMIR DE SOUZA QUEIROZ JÚNIOR
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • ÁDLLER DE OLIVEIRA GUIMARÃES
  • Data: 30/10/2020

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  • Os avanços nas aplicações de internet das coisas tem proporcionado o desenvolvimento de novos paradigmas nessa área, como a internet das coisas para aplicações subterrâneas (IoUT, do inglês Internet of Underground Things). Pesquisas demonstram o potencial de sistemas IoUT principalmente na agricultura de precisão, em que dados são coletados por diferentes dispositivos interconectados em uma rede de comunicação. Esses dados podem facilitar a tomada de decisões sobre o manejo de atividades agrícolas. Um componente importante na arquitetura da IoUT é o UT (do inglês, Underground Things) responsável pelo sensoriamento de parâmetros do solo, como temperatura e umidade. Diante disso, a tecnologia de identificação por rádio frequência (RFID, do inglês Radio Frequency Identification) tem se mostrado promissora no desenvolvimento de UTs, sobretudo devido a possibilidade da TAG RFID operar como sensor. Entretanto, a adaptação de tecnologias sem fio em sistemas IoUT para utilização em condições subterrâneas, ainda representa um desafio. Neste contexto, a proposta desse trabalho é desenvolver uma UT baseada na tecnologia RFID para sensoriamento da umidade do solo. A UT proposta é formada por uma antena de microfita com patch retangular projetada para operar em frequências ultra altas (UHF, do inglês Ultra High Frequency), conectada a um chip de tag UHF RFID passiva. A tag RFID é enterrada no solo e funciona como um sensor de umidade. Para diminuir os efeitos da umidade do solo sobre a tag RFID, a antena de microfita projetada no sistema, foi encapsulada em um Atenuador Dielétrico do Solo (ADS). O ADS é formado por multicamadas constituídas de cera natural da carnaúba e aplicadas sobre a antena. Resultados simulados e experimentais foram analisados para verificar a eficácia do ADS sobre os parâmetros da antena em diferentes níveis de umidade e tipos de solos. Os valores obtidos mostram que o ADS reduz variações nos parâmetros da antena como ganho e coeficiente de reflexão (S11), causados pela umidade do solo. Análises estatísticas das medidas de RSSI indicam que a UT pode ser usada como sensor de umidade do solo.


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  • Advances in Internet of Things (IoT) applications have provided the development of new paradigms in this area, such as the Internet of Underground Things (IoUT). Research shows the potential of IoUT systems, mainly in precision agriculture, in which data it’s collected by different devices interconnected in a communication network. These data can facilitate decision-making about the management of agricultural activities. An important component in the architecture of IoUT is Underground Things (UT) responsible for sensing soil parameters, such as temperature and moisture. In view of this, the Radio Frequency Identification (RFID) technology has been shown promising for the development of UTs, mostly due to the ability of RFID tags to operate as sensors. However, the adaptation of wireless communication in IoUT systems for application in underground conditions represents a challenger yet. In this context, the proposal of the work is to develop a UT based on RFID technology for sensing soil moisture. The UT proposed is formed by a rectangular patch microstrip antenna designed to operate at Ultra High Frequency (UHF), connected to a passive UHF RFID tag chip. The RFID tag in buried in the soil and functions as a moisture sensor. To reduce the effects of soil moisture on the RFID tag, the microstrip antenna designed in the systems was encapsulated in a Dielectric Soil Attenuator (DSA). The DSA is formed by multilayers made of natural carnauba wax and applied over the antenna. Simulated and experimental results were analyzed to verify the effectiveness of the DSA on the antenna parameters at different levels of moisture and soil types. Measurements of the Received Signal Strength Indicator (RSSI) were also performed using a UHF RFID reader, and thus, finding a relationship with the moisture present in the soil. The obtained value shows that the DSA reduces variations in the antenna parameters such as gain and reflection coefficient (S11) caused by soil moisture. Statistical analyzes of the RSSI measurements showed that the proposed UT can work as a soil moisture sensor.

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  • DANIELE MONTENEGRO DA SILVA BARROS
  • Arquitetura de Saúde Digital Baseado em Aprendizagem de Máquina para Diagnóstico de Doenças Oculares: um estudo aplicado ao glaucoma  

  • Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • CÉSAR ALEXANDRE DOMINGUES TEIXEIRA
  • ALEXANDRE CHATER TALEB
  • FRANCISCO MILTON MENDES NETO
  • JAILTON CARLOS DE PAIVA
  • Data: 06/11/2020

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  • O desenvolvimento de novas tecnologias têm sido essenciais para o diagnóstico e tratamento das doenças oculares. Neste contexto, o uso das técnicas de aprendizado de máquina (AM) e aprendizado profundo (DL) para a classificação e detecção das analogias oculares têm demonstrado bons resultados em pesquisas recentes. Nesta perspectiva, o objetivo da presente tese é desenvolver um serviço de classificação utilizando técnicas de DL, tecnologias web e serviços em nuvem, fazendo um estudo de caso sobre o glaucoma. O Glaucoma é uma doença assintomática que pode causa a cegueira irreversível se for diagnosticada tardiamente. O tipo de imagem utilizado na análise foi a retinografia, pois sua aquisição é de baixo custo; e o exame é realizado por um operador não dependente, ou seja não necessita da presença do médico. Como resultado foi projetada uma arquitetura de inteligência que implementou e  treinou várias arquiteturas de DL. A técnica de transferência de aprendizado (transfer learning) foi utilizada como forma reduzir o tempo de treinamento e otimizar o método. Outra técnica importante foi o processo de aumentação de dados (data argumentation) como forma de reduzir o overfitting da rede, evitando assim, que a rede não consiga generalizar no conjunto de teste. Também foi desenvolvido um serviço em nuvem, uma plataforma que utiliza modelos pré-treinados para identificar novos padrões de novas imagens de acordo com a massa de dados da entrada.


  • Mostrar Abstract
  • The development of new technologies has been essential for the diagnosis and treatment of eye diseases. In this context, using machine learning (AM) and deep learning (DL) techniques for the classification and detection of ocular analogies has resulted in recent research. In this perspective, the present's objective is to develop a technical classification service for DL, web technologies, and cloud services, making a case study on glaucoma. Glaucoma is an asymptomatic disease that can cause irreversible blindness if diagnosed late. The type of image used in the analysis was retinography since its acquisition is inexpensive, and a non-dependent operator performs the examination. That is, it does not require the presence of the doctor. As a result, an intelligence architecture was designed that implemented and trained several DL architectures. The learning transfer technique (transfer learning) was used to reduce training time and optimize the method. Another essential strategy is the data augmentation process (data argumentation) to minimize network overfitting, thus preventing the network from generalizing in the test set. A cloud service was developed, a platform that uses pre-trained models to identify new images' according to the input's mass of data.

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  • TIAGO DOS SANTOS BEZERRA
  • Aplicação de EBG (Eletromagnetic BandGapem Superfícies Seletivas de Frequência para Supressão de Modos de Ordem Superior

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • ERICO CADINELI BRAZ
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • MAURICIO WEBER BENJÓ DA SILVA
  • Data: 06/11/2020

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  • Propomos uma aplicação de EBG (Eletromagnetic BandGap) para supressão ou redução de modos ressoantes de ordem superior em FSS (Superfície Seletiva em Frequência) ainda não estudado na literatura.

    O estudo consiste na aplicação de um arranjo periódico retangular de furos circulares de ar em substrato dielétrico FSS para criar bandas de rejeição e suprimir ou reduzir modos de frequência ressonante específicos. Outro tipo de furo de ar não convencional utilizado foram os furos em formato quadrado, visando reduzir o esforço computacional durante as simulações.

    Otimizações com algoritmos genéticos foram implementadas para otimização dos parâmetros físicos dos furos, objetivando a supressão na faixa de frequência desejada.

    Para comprovar que as bandas proibidas ocorreram nas faixas de frequências desejadas, um diagrama de dispersão de Brillouin foi construído constatando que as estruturas atuaram como EBG.

    Sete protótipos foram fabricados e os resultados medidos comparados com os resultados simulados obtidos no ANSYS HFSS. Uma boa concordância entre os resultados é observada. Simulações e medições mostram níveis de supressão de até 6 dB. O tempo de simulação do FSS com EBG de furos quadrados mostrou uma redução de 70% em relação ao tempo de simulação do FSS com EBG de furos cilíndricos.


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  • We propose an application of electromagnetic bandgap (EBG) for suppression or reduction of higher order resonant modes in frequency selective surfaces (FSS), not yet studied in the literature.

                The study consists of an application of a rectangular periodic array of circular air holes in FSS dielectric substrate to create rejection bands and to suppress or reduce specific resonant frequency modes. Another type of unconventional air hole used was the square shaped holes, aiming to reduce the computational effort during the simulations.

                Optimizations with genetic algorithms were implemented to optimize the physical parameters of the holes, aiming at the suppression in the desired frequency range.

                In order to prove that the prohibited bands occurred in the desired frequency bands, a Brillouin dispersion diagram was constructed verifying that the structures acted as EBG

    Seven prototypes were manufactured and the results measured compared to the simulated results obtained in ANSYS HFSS. A good agreement between the results is observed. Simulations and measurements show suppression levels of up to 6 dB. The simulation time of the FSS with EBG of square holes showed a reduction of 70% in relation to the simulation time of the FSS with EBG of cylindrical holes.

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  • EDNARDO PEREIRA DA ROCHA
  • Algoritmo para um estimador de estado trifásico linear baseado no método de soma de correntes aplicado às redes de distribuição de energia elétrica

  • Orientador : MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MADSON CORTES DE ALMEIDA
  • MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MARCOS ANTONIO DIAS DE ALMEIDA
  • MAX CHIANCA PIMENTEL FILHO
  • UBIRATAN HOLANDA BEZERRA
  • Data: 20/11/2020

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  • O modo como as concessionárias de energia vem operando suas subestações e supervisionando seus alimentadores nas redes de distribuição passou por um grande processo de modernização nas duas últimas décadas. Na medida em que o número de consumidores e a extensão física da infraestrutura aumentavam, houve uma maior demanda por equipamentos e técnicas de monitoramento que garantissem a confiabilidade destes sistemas. Neste trabalho se apresenta o desenvolvimento deum novo algoritmo baseado em soma de correntes, para a implementação de uma formulação linear do problema de estimação de estado em redes de distribuição trifásicas, aplicado no regime normal de operação e sob condição de falta. No regime normal de operação, os módulos das correntes dos ramos e dos nós são estimados com base no método dos mínimos quadrados ponderados e em um algoritmo de ajuste de cargas, o que possibilita obter uma estimativa das perdas técnicas, fluxos de potência ativa e reativa e o perfil de tensão do sistema. Para validação, os dados de dois sistemas reais de distribuição de 13,8 kV foram utilizados. Os medidores localizados nos alimentadores analisados fornecem os valores das grandezas medidas e uma aproximação do fator de potência médio das cargas localizadas a jusante destes pontos de medição, enquanto pseudomedições são utilizadas para tornar o sistema observável. No método proposto foi implementado um algoritmo iterativo de reestimação baseado em varredura do sistema, onde os parâmetros estimados na primeira estimação são utilizados para atualização das cargas, das correntes dos ramos e das novas variâncias.  Na segunda etapa desta tese, um algoritmo para localização de faltas foi desenvolvido utilizando um método de varredura do sistema associado ao estimador de estado proposto. Neste caso, além de considerar a corrente de curto-circuito medida na subestação, foram estimadas as correntes de cada carga durante o momento da falta, para verificar suas influências no processo de localização do defeito. Nesta condição, um sistema de distribuição real foi totalmente modelado no software ATP, com o objetivo de simular as tensões e correntes na subestação, e os módulos de tensão em outros medidores durante a falta. Fatores como a influência da resistência de falta, o tipo da falta, o carregamento do sistema e o local da falta foram testados. Os resultados obtidos mostram que o método desenvolvido é capaz de fornecer o estado do sistema com precisão adequada, mesmo para sistemas de distribuição com uma quantidade reduzida de pontos de medição ao longo do alimentador, além de apresentar um baixo tempo de processamento computacional e modelagem simplificada. Verificou-se também uma proximidade de resultado entre o estimador proposto e o método de reestimação testado, comprovando que o processo de ajuste das cargas já fornece valores de pseudomedições próximos aos valores estimados.  Sob condição de falta, o algoritmo se mostrou promissor em sua função, localizando defeitos com pequena margem de erro na maior parte das simulações.


  • Mostrar Abstract
  • The way in which the energy companies have been operating their substations and supervising their feeders in the distribution networks has undergone a major modernization process in the past two decades. As the number of consumers and the physical extension of the infrastructure increased, there was a greater demand for equipment and monitoring techniques that would guarantee the reliability of these systems.This work presents the development of a new algorithm based on currents summation method,for implementation of a linear formulation of the state estimation problem in three-phase distribution networks, applied in the normal operation regime and under fault condition.In the normal operating regime, the modules of branch and node currents are estimated based on the weighted least squares method and a load adjustment algorithm, which makes it possible to obtain an estimative of technical losses, active and reactive power flows and the system voltage profile.For validation, data from two 13.8 kV real distribution systems were used to test the method. The meters located in the analyzed feeders provide the values of the measured quantities and an approximation of the average power factor of the loads located downstream from these measurement points, while pseudomeasures are used to make the system observable. In the proposed method, an iterative reestimation algorithm based on system scanning was implemented, where the parameters estimated in the first estimate are used to update the loads, branch currents and new variances.In the second stage of this thesis, an algorithm for fault location was developed using a system sweeping method associated with the proposed state estimator. In this case, in addition to considering the short-circuit current measured at the substation, the currents of each load were estimated during the fault to verify their influence on the fault location process.In this condition, a real distribution system was modeled in the ATP softwarein order to emulate measurements of voltages and currents at the substation, and voltage magnitudes registered by other meters during the fault. Factors such as the influence of the fault resistance, the type of fault, the system loading and the fault location were tested. The results obtained show that the developed method is able to provide the system status with adequate precision for distribution systems with a reduced number of measurement points along the feeder, besides presenting a low computational processing time and simplified modeling. The obtained results show that the developed method can provide the state of the system with adequate precision for distribution systems with a reduced amount of measurement points along the feeder, besides presenting a low computational processing time and simplified modelling. There was also a proximity between the proposed estimator and the re-estimation method, proving that the load adjustment process already provides pseudo-values close to the estimated values. Under a fault condition, the algorithm showed promise in its function, locating faults with a small error margin in most simulations.

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  • ISRAEL EDUARDO DE BARROS FILHO
  • Um algoritmo anticolisão para RFID de larga escala em ambientes ruidosos aplicado a Internet das Coisas Industrial

  • Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS MANUEL DIAS VIEGAS
  • DANIEL GOUVEIA COSTA
  • IVAN MULLER
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • Data: 30/11/2020

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  • A Internet das Coisas Industrial (IIoT) é frequentemente apresentada como um conceito que está mudando significativamente o cenário tecnológico das indústrias, através de procedimentos de automação e identificação de objetos relevantes. Para isso, no entanto, problemas de confiabilidade e desempenho devem ser considerados ao fornecer serviços de comunicação previsto.  Ao empregar a Identificação por Radiofrequência (RFID)no contexto IIoT, diversas pesquisas anteriores atuaram para melhorar a eficiência dos sistemas de comunicações em RFID, geralmente definindo modelos matemáticos para o planejamento e avaliação da qualidade. No entanto, tais modelos são projetados com base em comunicações livres de erros, o que de fato é irreal quando se considera a natureza propensa a erros das comunicações sem fio em plantas industriais. Portanto, esta tese propõe um novo algoritmo anticolisão para RFID juntamente com um modelo formal baseado em Redes de Petri Estocásticas Generalizadas (GSPN) para avaliar as comunicações RFID, modelando diferentes possibilidades de erros entre leitores e etiquetas RFID. Uma vez que esta proposta emprega os parâmetros EPCglobal UHF Classe 1 Gen2como referência, que já são adotados pelo protocolo anticolisão Dynamic Frame Slotted Aloha para sistemas RFID passivos, este modelo pode ser explorado para avaliar a performabilidade de diferentes protocolos de acesso ao meio RFID ao assumir canais ruidosos, suportando melhores comparações entre diferentes algoritmos e protocolos.  Os resultados demonstraram que o algoritmo proposto, consegue apresentar uma melhor performabilidade em relação aos demais protocolos avaliados, principalmente na presença de canais ruidoso se grande número de etiquetas para serem lidas. Os cenários de simulação são definidos para apresentar resultados de confiabilidade e desempenho ao avaliar as leituras da etiqueta RFID, que são valiosas ao projetar e manter aplicações IIoT.

     


  • Mostrar Abstract
  • The Industrial Internet of Things (IIoT) is often presented as a concept that is significantly changing the technological landscape of industries, through automation procedures and identification of relevant objects. For this, however, reliability and performance issues must be considered when providing anticipated communication services. By employing Radio Frequency Identification (RFID) in the IIoT context, several previous studies have worked to improve the efficiency of RFID communications systems, generally defining mathematical models for planning and evaluating quality. However, such models are designed based on error-free communications, which is in fact unrealistic when considering the error-prone nature of wireless communications in industrial plants. Therefore, this thesis proposes a new anti-collision algorithm for RFID together with a formal model based on Generalized Stochastic Petri Nets (GSPN) to evaluate RFID communications, modeling different possibilities of errors between readers and RFID tags. Since this proposal uses the EPCglobal UHF Class 1 Gen2 parameters as a reference, which are already adopted by the Dynamic Frame Slotted Aloha anti-collision protocol for passive RFID systems, this model can be explored to assess the performance of different RFID access protocols when assuming noisy channels, supporting better comparisons between different algorithms and protocols. The results showed that the proposed algorithm is able to present a better performability in relation to the other evaluated protocols, mainly in the presence of noisy channels if a large number of tags to be read. Simulation scenarios are defined to provide reliability and performance results when evaluating RFID tag readings, which are valuable when designing and maintaining IIoT applications.

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  • LEONARDO ANGELO VIRGINIO DE SOUTO
  • Extração de Escadas e Portas como Marcos Naturais para Localização de Robôs Móveis a partir de Nuvens de Pontos-Arestas 3D

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • RAFAEL BESERRA GOMES
  • BRUNO MARQUES FERREIRA DA SILVA
  • ANDERSON ABNER DE SANTANA SOUZA
  • TIAGO PEREIRA DO NASCIMENTO
  • Data: 30/11/2020

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  • Marcas naturais são as principais características na próxima etapa da pesquisa em localização de plataformas de robôs móveis. A identificação e o reconhecimento de marcas são cruciais para melhor localizar um robô. Para ajudar a resolver este problema, este trabalho propõe uma abordagem para a identificação e reconhecimento de marcas naturais incluídas no ambiente utilizando imagens de sensores RGB-D. Na etapa de identificação, é realizada uma análise estrutural dos marcos naturais que estão presentes no ambiente. A extração dos pontos de borda desses marcos é feita usando a nuvem de pontos 3D obtida do sensor RGB-D. Esses pontos de borda são suavizados por meio do algoritmo $ Sl_0 $, que minimiza o desvio padrão das normais em cada ponto. Então, começa a segunda etapa do algoritmo proposto, que é o reconhecimento adequado dos marcos naturais. Esta etapa de reconhecimento é feita como um algoritmo em tempo real que extrai os pontos referentes às arestas filtradas e determina a qual estrutura pertencem no cenário atual: escadas ou portas. Por fim, são identificadas as características geométricas intrínsecas às portas e escadas. A abordagem proposta aqui foi validada com experimentos reais de robôs. Os testes realizados verificam a eficácia de nossa abordagem proposta.


  • Mostrar Abstract
  • Natural landmarks are the main features in the next step of the research in localization of mobile robot platforms. The identification and recognition of these landmarks are crucial to better localize a robot. To help solving this problem, this work proposes an approach for the identification and recognition of natural marks included in the environment using images from RGB-D sensors. In the identification step, a structural analysis of the natural landmarks that are present in the environment is performed. The extraction of edge points of these landmarks is done using the 3D point cloud obtained from the RGB-D sensor. These edge points are smoothed through the $Sl_0$ algorithm, which minimizes the standard deviation of the normals at each point. Then, the second step of the proposed algorithm begins, which is the proper recognition of the natural landmarks. This recognition step is done as a real-time algorithm that extracts the points referring to the filtered edges and determines to which structure they belong to in the current scenario: stairs or doors. Finally,  the geometrical characteristics that are intrinsic to the doors and stairs are identified. The approach proposed here has been validated with real robot experiments. The performed tests verify the efficacy of our proposed approach. 

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  • DANIEL NOBRE PINHEIRO
  • Modelo fuzzy e convexo para agrupamento de dados por k-medoides

  • Orientador : DANIEL ALOISE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CAROLINE THENNECY DE MEDEIROS ROCHA
  • DANIEL ALOISE
  • ERALDO LUIS REZENDE FERNANDES
  • MARIÁ CRISTINA VASCONCELOS NASCIMENTO ROSSET
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • Data: 16/12/2020

  • Mostrar Resumo
  • O modelo dos k-medoides é um dos métodos de agrupamento de dados mais populares na literatura. Neste trabalho, propomos o Problema Convexo Fuzzy dos k-Medoides (CFKM), que não apenas possibilita que um objeto seja atribuído simultaneamente a diferentes grupos, mas também permite que um grupo seja representado por múltiplos medoides. O modelo proposto é convexo e consequentemente sua resolução é robusta à inicialização. Para verificar a importância do CFKM, comparamos com outros dois modelos fuzzy de k-medoides: o Problema Fuzzy dos k-Medoides (FKM) e o Problema de agrupamento de dados Fuzzy com Múltiplos Medoides (FMMdd), ambos resolvidos por meio de heurísticas devido à sua complexidade computacional. Os experimentos realizados tanto com dados sintéticos como com dados reais, assim como uma pesquisa com usuários, revelam que o CFKM não só é mais robusto à escolha de parâmetros de modelos fuzzy, como também é o único capaz de revelar aspectos importantes em dados inerentemente fuzzy.


  • Mostrar Abstract
  • The k-medoids model is one of the most popular clustering methods. In this work, we propose the Convex Fuzzy k-Medoids Problem (CFKM), which not only allows one object to be assigned to multiple clusters, but also allows a cluster to be represented by multiple medoids. The proposed model is convex and thus is robust to initialization. To evaluate the importance of CFKM, we compare it with another two fuzzy k-medoids models: the Fuzzy k-Medoids Problem (FKM) and the Fuzzy clustering with Multi-Medoids Problem (FMMdd), both solved by heuristics due to their computational complexity. Experiments with both synthetic and real-world data, along with an user survey, show that CFKM is not only more robust to the choice of parameters of fuzzy models, but also is the only able to reveal important aspects of inherently fuzzy data.

2019
Dissertações
1
  • MARIA GRACIELLY FERNANDES COUTINHO
  • Proposta de implementação em Hardware de Rede Neural Profunda baseada em Stacked Sparse Autoencoder

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • CARLOS ALBERTO VALDERRAMA SAKUYAMA
  • DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • Data: 17/01/2019

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  • As técnicas de aprendizagem profunda (Deep Learning) aplicáveis a problemas de diversas áreas vêm ganhando grande destaque no âmbito da pesquisa mundial nos últimos anos. No entanto, os algoritmos com aprendizagem profunda possuem um custo computacional elevado, dificultando sua utilização em várias aplicações comerciais. Por outro lado, novas alternativas vêm sendo estudadas para acelerar algoritmos complexos, e entre elas, as baseadas em computação reconfigurável vêm apresentando resultados bastante significativos. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo a implementação em hardware de uma rede neural para utilização de algoritmos com aprendizagem profunda. O hardware proposto foi desenvolvido em Field Programmable Gate Array (FPGA) e suporta Redes Neurais Profundas (Deep Neural Network - DNN) treinadas com a técnica Stacked Sparse Autoencoder (SSAE). Para permitir DNNs com muitas entradas e camadas na FPGA, foi utilizada a técnica de matriz sistólica (systolic array) em todo hardware desenvolvido. Os detalhes da arquitetura desenvolvida na FPGA são evidenciados, bem como, os dados de ocupação em hardware e o tempo de processamento para duas implementações distintas. Resultados mostram que as implementações conseguem atingir throughputs elevados, permitindo a utilização de técnicas de Deep Learning em problemas de dados massivos.


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  • The deep learning techniques have been gaining prominence in world research in the past years. However, the deep learning algorithms have high computational cost, making it hard to apply in several commercial applications. On the other hand, new alternatives have been studying to accelerate complex algorithms, among these, those based on reconfigurable hardware has been showing very significant results. Therefore, the objective of this work is the hardware implementation of a neural network for the use of algorithms with deep learning. The hardware was developed on Field Programmable Gate Array (FPGA) and supports Deep Neural Network (DNN) trained with the Stacked Sparse Autoencoder (SSAE) technique. In order to allow DNNs with many inputs and layers on the FPGA, the systolic array technique was used in all developed hardware. The details of the architecture designed on the FPGA were evidenced, as well as the occupation data on hardware and the processing time to two different implementations. The results show that both implementations achieve high throughputs allowing the use of Deep Learning techniques in massive data problems.

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  • YURI PEDRO DOS SANTOS
  • Sistema de Detecção e Classificação de Patologias Vocais Baseado no Domínio Espectral da Função de Correntropia

  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • ALUISIO IGOR REGO FONTES
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • SUZETE ELIDA NOBREGA CORREIA
  • Data: 18/01/2019

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  • Patologias vocais afetam negativamente a vida social e profissional dos enfermos, algumas inclusive podem levar a óbito, caso não sejam tratadas rapidamente. Dentre os principais procedimentos para o diagnóstico de patologias vocais pode-se citar: laringoscopia, avaliação perceptivo-auditiva, análise acústica da voz, avaliação aerodinâmica e autoavaliação da voz pelo paciente. Entretanto, estes procedimentos geralmente são invasivos ou imprecisos. Por isso, técnicas de processamento digital de sinais vêm sendo utilizadas no projeto de sistemas não invasivos de auxílio ao diagnóstico de patologias do trato vocal. Neste trabalho é apresentado um sistema de detecção e classificação de patologias vocais, utilizando uma técnica de classificação baseada em descritores obtidos por meio da função densidade espectral de correntropia (CSD - Correntropy Spectral Density), definida como a transformada de Fourier da função de autocorrentropia. Os descritores assim obtidos possuem informações de momentos estatísticos de segunda ordem e de ordem superior do sinal de voz, por meio das quais pode-se detectar eficientemente algumas patologias vocais e classificá-las. A classificação é feita por uma rede rede neural multilayer perceptron(MLP), realizando uma classificação binária entre vozes normais e patológicas e, em seguida, entre patologias (edema e nódulo). O classificador foi avaliado por simulação computacional e os resultados obtidos indicam uma alta taxa de acerto na detecção e classificação entre patologias.


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  • Vocal pathologies negatively affect the social and professional life of the sick, some of which may even lead to death if they are not treated quickly. Among the main procedures for the diagnosis of vocal disorders we can cite: laryngoscopy, perceptual-auditory evaluation, acoustic analysis of the voice, aerodynamic evaluation and self-evaluation of the voice by the patient. However, these procedures are usually invasive or inaccurate. Therefore, digital signal processing techniques have been used in the design of non-invasive systems to aid in the diagnosis of vocal tract pathologies. In this work a system of detection and classification of vocal pathologies is presented, using a classification technique based on descriptors obtained through the Correntropy Spectral Density (CSD) function, defined as the Fourier transform of the autocorrelation function. The descriptors obtained have information of second-order and higher-order statistical moments of the speech signal, through which vocal pathologies can be efficiently detected and classified. The classification is made by a neural network multilayer perceptron (MLP), performing a binary classification between normal and pathological voices and then between pathologies (edema and nodule). The classifier was evaluated by computer simulation, and the results indicate a high hit rate of detection and classification among pathologies.

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  • RUTE SOUZA DE ABREU
  • Uma metodologia para detecção de relações de causalide entre séries de tempo discreto em sistemas

  • Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • RODRIGO SIQUEIRA MARTINS
  • Data: 25/01/2019

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  • A necessidade de detectar relações de causalidade entre processos, eventos ou variáveis está presente em diversas áreas do conhecimento, por exemplo, computação distribuída, mercado de ações, indústria, medicina, etc. Isso ocorre porque a identificação dessas relações pode, muitas vezes, ser útil na solução de diversos problemas. Por exemplo, manter a consistência de bancos de dados replicados ao escrever algoritmos distribuídos ou otimizar a compra e venda de ações no mercado financeiro. Neste contexto, esta dissertação propõe uma nova metodologia para detecção de relações de causalidade em sistemas utilizando critérios de informação e redes Bayesianas para gerar uma estrutura de conexões entre séries temporais, de tempo discreto, mais provável. Modelando o sistema como grafo, no qual os nós são as séries temporais discretas e as arestas representam as relações, a ideia principal deste trabalho é detectar relações de causalidade entre os nós. Essa detecção é feita usando o método de entropia de transferência, que é um método para quantificar a transferência de informação entre duas variáveis, e o algoritmo K2, um método heurístico cujo objetivo é encontrar a estrutura de rede Bayesiana mais provável, dado um conjunto de dados. Porque o K2 depende da premissa de ter uma estrutura previa que define a hierarquia entre os nós da rede, é proposto na metodologia a criação desta pré-ordem considerando as relações diretas e indiretas, e a modelagem destas de acordo com o atraso entre causa e efeito. Além disso, sabendo que o algoritmo K2 considera que cada instância do conjunto de dados ocorre simultaneamente, a metodologia proposta modifica o algoritmo original inserindo nele a dinâmica desses atrasos. Esta modificação provê um mecanismo para comparar as relações de causalidade direta e indireta em relação à contribuição destas para a estrutura da rede. Como resultado obtém-se um grafo que representa relações de causalidade entre as séries, com os atrasos das relações explicitadas.


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  • The need for detecting causality relations among process, events or variables is present in many areas of knowledge e.g., distributed computing, the stock market, industry, medicine, etc. This occurs because the knowledge of these relations can often be helpful in solving a variety of problems. For example, maintaining the consistency of replicated databases when writing distributed algorithms or optimizing the purchase and sale of stocks in the stock market. In this context, this dissertation proposes a new methodology for detecting causality relations in systems by using information criteria and Bayesian networks to ensemble the most probable structure of connections among discrete time series. Modeling the system as a directed graph, in which the nodes are the discrete time series and the edges represent the relations, the main idea of this work is to detect causality relations among the nodes. This detection is made using the method of transfer entropy, which is a method to quantify the information transferred between two variables, and the K2 algorithm: a heuristic method whose objective is to find the most probable belief-network structure, given a data set. Because K2 depends on the premise of having a previous structure that defines the hierarchy among the network nodes, it is proposed in the methodology the creation of the previous ordering on the nodes considering direct and indirect relations, and the modeling of these relations according to the lag between cause and effect. In addition, knowing that the K2 algorithm considers that each case of the data set occurs simultaneously, the proposed methodology modifies the original algorithm by inserting the dynamics of these lags into it. This modification provides a mechanism for comparing direct and indirect causality relations regarding its contribution to the structure. As the result, it is obtained a graph of causality relations among the series, with the relation's lags being explicit.

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  • YURI THOMAS PINHEIRO NUNES
  • Abordagem Baseada em Dados para Configuração de Alarmes Industriais

  • Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CLAUBER GOMES BEZERRA
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • Data: 25/01/2019

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  • As plantas industriais são compostas por processos que somam milhares de variáveis. Visando garantir segurança e qualidade à operação, esses processos são monitorados e alarmes são configurados de modo a indicar algum possível mau funcionamento. Dentre os problemas mais comuns associados aos alarmes industriais podemos citar: alta ocorrência de falsos alarmes, alarmes perdidos e alarmes ruidosos, sobrecarga dos operadores e enxurrada de alarmes. Estes problemas estão relacionados com o processo de seleção das variáveis monitoradas, as técnicas de ativação e desativação de alarmes, entre outras características do processo e do sistema de alarme. Este trabalho tem como foco definir uma abordagem para configurar alarmes eficientes e significativos para o operador. A abordagem aqui proposta tem inspiração no fluxo de trabalho de um cientista de dados que inicialmente precisa identificar as características das bases de dados utilizadas para então aplicar transformações que tornem os dados mais adequados possibilitando a extração de informações valiosas. Muitas vezes o cientista está interessado em criar um modelo que descreve os dados ou possibilita predições. Esta é uma tarefa muito similar a de configuração de alarmes onde é necessário selecionar as variáveis relevantes e definir as configurações de cada alarme de maneira a classificar o funcionamento do processo como adequado ou não e auxiliar a identificar a falha. A abordagem proposta aqui é constituída de quatro partes: descrição dos dados, seleção de variáveis, sintonia e avaliação de desempenho. Durante a etapa de descrição são obtidas informações relevantes sobre os dados como presença de eventos, quantidade de eventos distintos, duração de eventos, etc. Na etapa de seleção são definidas as variáveis relevantes para detecção de anormalidades. A sintonia dos alarmes é similar a um processo de treinamento, onde um modelo é construído para descrever o comportamento dos dados. Finalmente durante a avaliação, as configurações encontradas são aplicadas a um histórico do processo para aferir se as configurações se comportam de maneira a atender restrições de segurança e qualidade. Como estudo de caso, uma configuração de alarmes industriais foi obtida para o Tennessee Eastman Process que é um simulador amplamente usado pela comunidade acadêmica.


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  • Industrial plants are composed of processes that add up to thousands of variables. To ensure safety and quality of operation, these processes are monitored and alarms are configured to indicate a possible malfunction. Among the most common problems associated with industrial alarms we can mention: high occurrence of false alarms, missed alarms and chattering alarms, operator overload and alarm flooding. These problems are related to the process of selection of the monitored variables, the techniques of activation and deactivation of alarms, among other characteristics of the process and the alarm system. This work focuses on defining an approach to configure efficient and significant alarms for the operator. The approach proposed here is inspired by the workflow of a data scientist who initially needs to identify the characteristics of the databases used to then apply transformations that make the data more suitable allowing the extraction of valuable information. Many times the scientist is interested in creating a model that describes the data or makes predictions possible. This is a very similar task of alarm configuration where it is necessary to select the relevant variables and to configure the settings of each alarm in order to classify the operation of the process as appropriate or not and to help identify the fault. The approach proposed here consists of four parts: description of data, selection of variables, tuning and performance evaluation. During the description step, relevant information about the data is obtained, such as the presence of events, the number of different events, the duration of events, etc. In the selection stage, the relevant variables for detection of abnormalities are defined. The tuning of alarms is similar to a training process, where a model is built to describe the behavior of the data. Finally during the evaluation, the settings found are applied to a process history to asses whether the settings behave in a way that meets security and quality constraints. As a case study, an industrial alarm configuration was obtained for the Tennessee Eastman Process which is a simulator widely used by the academic community.

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  • MAX RODRIGUES MARQUES
  • Avaliação da Proteção de gerador de indução duplamente alimentado aplicando a transformada wavelet

  • Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CAMILA MARA VITAL BARROS
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • LUCIANO SALES BARROS
  • RODRIGO PRADO DE MEDEIROS
  • THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
  • Data: 28/01/2019

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  • Com o aumento da globalização e da demanda energética mundial, tem-se buscado garantir a sustentabilidade devido à crescente preocupação de preservar o planeta para gerações futuras. Portanto, investimentos em fontes de energia limpas e renováveis, como a geração eólica, ganharam espaço nos grupos de pesquisas em busca de superar as desvantagens e aprimorar os benefícios. O gerador de indução duplamente alimentado (GIDA) é o predominante no mercado. Contudo, considerando as falhas elétricas inerentes a este tipo de gerador e as existentes no sistema elétrico de potência (SEP), a proteção de seus elementos é um tópico importante para o qual ainda não existem estudos abrangentes. Nesta dissertação é investigado as técnicas empregadas atualmente para realização das proteções interna e externa aplicadas à topologia GIDA. Como também, é apresentado as fundamentações teóricas sobre os sistemas de conversão de energia eólica (SCEE), da transformada wavelet e de algumas proteções baseadas em relés. São analisados e avaliados sinais elétricos do conjunto GIDA em caso de faltas nos seus terminais utilizando a transformada wavelet estacionária com borda em tempo real (BSWT-RT). Além disso, estudos qualitativos referente às proteções de sobrecorrente wavelet,subtensãowavelet, direcional e diferencial são realizadas com o intuito de avaliar e validar essas novas tendências de proteção aplicadas a SCEE. Como também, desenvolver um método preliminar de identificação de faltas internas em um GIDA. As análises dessas proteções aplicadas a sinais reais, coletados em uma bancada de testes experimentais com GIDA, evidenciam que as ferramentas matemáticas utilizadas obtiveram um bom desempenho para proteção contra faltas elétricas no ponto de conexão comum.


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  • With the globalization and the rapidly increasing global energy demand, it has been seeking the sustainability guarantee because the growing concern to preserve the planet for future generations. Therefore, investments in clean and renewable energy sources, such as wind power generation, have gained space in research groups in order to overcome their drawbacks and improve the benefits. The doubly fed induction generator (DFIG) is the predominant one in the market. Nevertheless, considering the electrical failures inherent to this generator type and the ones in the power system (PS), the protection of its elements is an important topic that still does not have comprehensive studies. This dissertation investigates the techniques used to perform the internal and external protections applied to the DFIG topology. As well as, it is presented the theoretical fundamentals about the wind energy conversion systems (WECS), the wavelet transform, and some relay-based protections. DFIG electrical signals in case of machine terminal faults is analyzed and evaluated using the real-time stationary wavelet transform with boundary effect (RT-BSWT). Furthermore, qualitative studies on wavelet overcurrent, wavelet under-voltage, directional, and differential protections will be introduced in order to assess and to validate these new protection trends applied to WECS.As also, to develop a preliminary method of identifying internal faults in a DFIG. Analysis applying these protections to real signals, collected by an experimental test-bench with DFIG, demonstrated which the used mathematical tools had good performances for protection against electrical faults at the common connection point.

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  • KAIO MÁRCIO DA COSTA BANDEIRA
  • Antenas de Microfita Multibanda para Aplicações em Sistemas de Comunicação Sem Fio Padrões IEEE 802.11ax e  IEEE 802.11ah

  • Orientador : VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • CRISTHIANNE DE FATIMA LINHARES DE VASCONCELOS
  • MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
  • FRANCISCO DE ASSIS BRITO FILHO
  • Data: 27/06/2019

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  • Diante da evolução dos padrões de sistemas de comunicações sem fio, em que há a necessidade de atuação em diversas faixas de frequências, é indispensável a concepção de dispositivos capazes de atender aos requisitos que esse progresso demanda. As antenas são elementos que desempenham papel primordial nesses sistemas, no qual as antenas planares de microfita têm se demonstrado com elevada evidência devido ao seu baixo perfil, dispositivos miniaturizados, baixo custo de fabricação e são de fácil integração aos dispositivos. Com o objetivo de otimizar a ocupação de espaço físico nos transceptores e nos dispositivos finais dos usuários, este trabalho apresenta a proposta de uma antena de microfita baseada em um monopolo planar com plano de terra com fendas para operação em múltiplas bandas para atender novos sistemas de comunicações sem fio, tais como, IEEE 802.11ah, IEEE 802.11ax (banda inferior em 2,45 GHz) e o CBRS. Após isso, será implementada a reconfiguração em frequência através da utilização de diodos PIN. Será apresentado o processo de formação do projeto e design da estrutura, considerando as pesquisas mais recentes na literatura especializada. Para fins de análise, foram realizadas simulações pelo método dos Elementos Finitos implementado por meio do software comercial Ansoft HFSS. Alguns protótipos iniciais foram fabricados para fins de validação dos resultados preliminares deste trabalho. A caracterização experimental desses protótipos foi realizada mediante um analisador de redes vetorial.  Diante das comparações entre resultados teóricos simulados e os experimentos preliminares, pode-se afirmar que uma boa concordância entre eles é observada, corroborando com os estudos até então desenvolvidos.


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  • In view of the evolution of the standards of wireless communication systems, where there is a need for performance in several frequency bands, it is indispensable to design devices capable of meeting the requirements that this progress demands. The antennas are elements that play a fundamental role in these systems, in which planar microstrip antennas have been demonstrated with high evidence due to their low profile, miniaturized devices, low manufacturing cost and are easily integrated with the devices. With the objective of optimizing the occupation of physical space in the transceivers and in the end devices of the users, this work presents the proposal of a microstrip antenna based on a planar monopole with ground plane with slits for operation in multiple bands to meet new systems of wireless communications such as IEEE 802.11ax and IEEE 802.11ah. The process of design formation and design of the structure will be presented, considering the most recent research in the specialized literature. For the purposes of analysis, simulations were performed by the Finite Element method implemented through the commercial software Ansoft HFSS. Some initial prototypes were fabricated for purposes of validation of the preliminary results of this work. The experimental characterization of these prototypes was performed through a vector network analyzer. In view of the comparisons between simulated theoretical results and the preliminary experiments, it can be affirmed that a good agreement between them is observed corroborating with the studies previously developed.

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  • MÁRIO GUILHERME FLORES FIGUEREDO
  • Desempenho de algoritmos de localização de sinais de áudio sujeitos a ruído impulsivo 

  • Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FRANCISCO CARLOS GURGEL DA SILVA SEGUNDO
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • Data: 28/06/2019

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  • Nos últimos anos, com o aumento da capacidade de processamento, bem como a miniaturização dos dispositivos eletrônicos, diversos sistemas baseados em localização de sinais de áudio têm surgido, a exemplo dos sistemas comerciais de detecção de atiradores (ShotSpotter) e de monitoramento por voz (voicecare), e residenciais, entres eles, sistema de entretenimento e automação residencial (e.g. Google Home e Amazondot). Na literatura, os métodos clássicos de Direction-of-Arrival (DoA) são comumente avaliados em ambientes acústicos submetidos ao Ruído Gaussiano Branco Aditivo (AWGN). No entanto, os ambientes acústicos também estão submetidos ao ruído impulsivo, sob o qual os métodos clássicos de estimação de DOA tem desempenho degradado. Desta forma, além descrever e avaliar o desempenho de métodos de DOA clássicos paramétricos e não-paramétricos, e demonstrar os seus respectivos desempenhos em ambientes acústicos submetidos ao AWGN, este trabalho se propõem também a apresentar o desempenho destes quando submetidos ao ruído impulsivo modelado pelo método de mistura de gaussianas. Como última contribuição, os métodos são testados utilizando sinais reais advindos de um sistema de aquisição próprio.


  • Mostrar Abstract
  • Recently, with increasing processing capacity as well as the miniaturization of electronic devices, a number of commercial systems based on the location of audio signals have emerged, such as shot spotter and voice monitoring systems, and residential, among them, entertainment system and home automation (e.g. Google Home and Amazon dot). In the literature, the classical methods of Direction-of-Arrival (DoA) are commonly evaluated in acoustic environments submitted to White Additive Gaussian Noise (AWGN). However, acoustic environments are also subject to impulsive noise, under which the classical methods of DOA estimation have degraded performance. In this way, besides describing and evaluating the performance of classical parametric and non-parametric DOA methods, and demonstrating their respective performances in acoustic environments submitted to AWGN, this work also proposes to present their performance when subjected to the impulsive noise modeled by the Gaussian mixing method. As a last contribution, the methods are tested using real signals from a proprietary acquisition system.

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  • SAMUEL BELARMINO DE PAIVA
  • Análise e Síntese de Superfícies Seletivas de Frequência Bioinspiradas Usando Redes Neurais para Aplicações em Sistemas de Comunicação sem Fio

  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • GLAUCO FONTGALLAND
  • HERTZ WILTON DE CASTRO LINS
  • JOSE ALFREDO FERREIRA COSTA
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 01/07/2019

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  • Este trabalho apresenta uma análise de Superfícies Seletivas de Frequência Bioinspiradas (Bioinspired Frequency Selective Surfaces - BFSSs), para aplicações em sistemas de comunicações sem fio, operando na banda C, na banda Ku e em UWB (ultra-wideband). São consideradas estruturas de BFSS simples e acopladas. As BFSS possuem os elementos patches dos arranjos com os formatos do trevo de quatro folhas e da folha maple, e apresentaram resposta dual-band, com as frequências de operação nas bandas C e Ku. Para o desenvolvimento das BFSS com a banda ultra larga, foi desenvolvida uma estrutura em cascata, em que uma FSS com elementos patches com o formato de espiras quadradas foi acoplada às BFSS. Além disso, foi desenvolvida a síntese da BFSS no trevo de quatro folhas, utilizando uma rede neural artificial com arquitetura feedforward em cascata e com algoritmo de treinamento regularização Bayesiana, para obtenção das especificações de frequências de ressonância e respectivas larguras de bandas desejadas. Os valores numéricos encontrados por meio de simulações para os protótipos projetados foram obtidos pelo software ANSYS HFSS. Protótipos foram fabricados e caracterizados experimentalmente. Os resultados medidos foram comparados com os simulados e uma boa concordância foi observada.


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  • This work describes the analysis of Bioinspired Frequency Selective Surfaces (BFSS) for applications in wireless systems, operating in the C band, Ku band and UWB (ultra-wideband). Simple and coupled BFSS structures are considered. The BFSSs have array elements with the four-leaf clover-shaped and maple leaf-shaped, and presented dual-band response, with the operating frequencies in the C and Ku bands. For the development of BFSSs with the ultra-wideband, a cascade structure was developed, in which a FSS with elements with patches with the shape of square loops was coupled to the BFSSs. In addition, the four-leaf clover BFSS synthesis was developed using an artificial neural network with a cascade feedforward architecture and Bayesian regularization training algorithm to obtain the specifications of resonance frequency and respective desired bandwidths. The numerical values obtained by simulations for the developed prototypes were obtained by the ANSYS HFSS software. Prototypes were manufactured and experimentally characterized. The measured results were compared with the simulated ones and a good agreement was observed.

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  • LUIZ ANDRÉ PONTAROLO
  • Ajuste de Controlador PID por Método de Autossintonia Baseado em Estimativa de Robustez

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • OSCAR GABRIEL FILHO
  • Data: 05/07/2019

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  • Neste trabalho, é proposto um processo de ajuste de controladores PID por método de autossintonia voltado à robustez do sistema, implementado em um Controlador Lógico Programável (CLP) com o uso de experimentos do relé, com possibilidade de aplicação em controladores PI-D. O método foi elaborado por meio da adaptação de métodos voltados para controladores PI já existentes, com o objetivo de utilizar poucas estruturas iterativas, permitindo a implementação em CLP, assim como melhorar o desempenho na resposta transitória do sistema. A robustez é indicada pela máxima sensibilidade do sistema, sendo estabelecida pelo usuário. Os experimentos do relé fornecem pontos de resposta em frequência que permitem o cálculo de parâmetros que modificam os termos originais do controlador, de modo a retirar os pontos do interior do círculo de máxima sensibilidade. Os resultados de aplicações em dois CLP, de sistemas didáticos distintos, permitiu a comparação com um método de ajuste de controlador PI existente e a demonstração da eficácia do método.


     


  • Mostrar Abstract
  • In this work a process of adjustment of PID  controllers using the auto tuning method oriented to the robustness of the system and implemented in a Programmable Logic Controller (PLC) with the use of relay experiments is presented, with possibility of application in PI-D controllers. The method was developed through the adaptation of methods directed to existing PI controllers, with the objective of using few iterative structures, allowing the implementation in PLC, as well as improving the performance in the transient response of the system. Robustness is indicated by the maximum sensitivity of the system. Relay experiments provide frequency response points that allow calculation of parameters that modify the original terms of the controller in order to remove the points from the interior of the maximum sensitivity circle. Results of two PLC applications of different didactic systems allowed comparison with an existing PI controller tuning method and the demonstration of the effectiveness of the method.

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  • JOÃO RICARDO TAVARES GADELHA
  • Controle Preditivo Aplicado a um Sistema de Elevação Artificial Pluger Lift

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
  • ANDRÉ FELIPE OLIVEIRA DE AZEVEDO DANTAS
  • Data: 12/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • Durante a vida produtiva da maioria dos poços de gás ocorre um acúmulo de líquidos no fundo do poço que causa uma pressão contrária à vazão do reservatório, reduzindo a produção do poço, podendo até, em casos extremos, interromper completamente a produção. Dessa forma, um dos possíveis métodos de elevação artificial para solucionar este problema é representado pelo Plunger Lift. Consiste em uma técnica de baixos custos de instalação e manutenção que utiliza um pistão para, dentre outros usos, aumentar a eficiência de remoção de líquidos do sistema. No entanto, este método necessita de um controlador bem ajustado para definição apropriada dos períodos de abertura e fechamento de um válvula motora instalada na cabeça do poço para regulagem da produção. O controle preditivo é uma técnica que pode ser aplicada para realizar tal tarefa, realizando predições do comportamento futuro da planta a fim de obter seu desempenho ótimo. Neste trabalho, foi realizada a implementação e aplicação de um controlador preditivo linear a um poço simulado operando por Plunger Lift. O controlador foi aplicado sob condições diferentes de habilidade de drenagem, com e sem, do gás presente no espaço anular. Os resultados do MPC sem drenagem foram comparados com versões convencionais de controle de Plunger Lift existentes na indústria de petróleo através de análise gráfica e de observação de parâmetros de desempenho. Este controlador obteve melhores resultados quanto ao controle de velocidade média de subida do pistão e de produção acumulada. Na comparação dos MPC com e sem drenagem, a versão capaz de manipular os gases do espaço anular conseguiu levar o sistema a operar com velocidades de subida do pistão em faixas mais seguras.


  • Mostrar Abstract
  • During the productive life of most gas wells there is an accumulation of liquid at the bottom of the well which causes a pressure contrary to the flow of the reservoir, reducing the production of the well. In this way, one of the possible artificial lift methods to solve this problem is represented by the Plunger Lift. It consists of a low-cost installation and maintenance technique that uses a piston to, among other uses, increase the efficiency of liquid removal from the system. However, this method requires a well-adjusted controller to appropriately define the opening and closing periods of a motor valve installed in the wellhead for production control. Predictive control is a technique that can be applied to perform such task, performing predictions of the future behavior of the plant in order to obtain its optimum performance. In this work, the implementation and application of a linear predictive controller to a simulated well operated by Plunger Lift was performed. The controller was applied under different conditions of draining ability, with and without, of the gas present in the annular space. Results of MPC without drainage were compared with conventional versions of Plunger Lift control in the oil industry through graphical analysis and observation of performance parameters. This controller obtained better results regarding the control of the average speed of plunger ascent and accumulated production. In the comparison of MPC with and without drainage, the version capable of manipulating the gases from the annular space was able to cause the system to operate at speeds of piston ascent in safer ranges.

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  • RAFAEL MAGALHÃES NÓBREGA DE ARAÚJO
  • Desenvolvimento e Avaliação de um Sistema Autossuficiente Fotovoltaico-Termoelétrico

  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALBERTO SOTO LOCK
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • JOÃO TEIXEIRA DE CARVALHO NETO
  • Data: 29/07/2019

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  • A geração de energia elétrica por uma célula fotovoltaica depende prioritariamente da temperatura de operação e da irradiação solar incidente na mesma. A temperatura de operação pode ser controlada através da utilização de células termoelétricas na função de refrigeração. Este trabalho propõe um sistema autossuficiente em que células fotovoltaicas são arrefecidas por células termoelétricas. Propõe também analisar em que situações se consegue atingir um aumento de rendimento favorável. Simulações foram realizadas levando em consideração diversos conjuntos de irradiação solar, velocidade do vento, e potência dedicada para o arrefecimento. Resultados sugerem que o sistema proposto alcança rendimento líquido positivo nas situações em que variáveis ambientais levam a temperaturas mais elevadas do painel fotovoltaico aliado à baixa e controlada potência dedicada às células termoelétricas


  • Mostrar Abstract
  • The generation of electric energy by a photovoltaic cell mainly depends on the operating temperature and solar irradiance that falls on it. The operating temperature can be controlled by means of thermoelectric cells working as coolers. This work proposes a self-sufficient system in which photovoltaic cells are cooled by thermoeletric cells. It also proposes an analysis on which situations a favorable energy yield can be reached. Simulations have been performed taking into account diverse sets of solar irradiance, wind speed, and electric power dedicated to the cooling. Results suggest that the proposed system reaches positive net yield in situations that environmental variables lead to higher photovoltaic panel operating temperature combined with controlled low power dedicated to the thermoeletric cells.

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  • NAYANA LETÍCIA DE MORAIS VIANA
  • Amplificadores de instrumentação integrados de baixo consumo e baixo ruído para aplicações portáteis voltadas ao tratamento de biossinais

  • Orientador : DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
  • SEBASTIAN YURI CAVALCANTI CATUNDA
  • ANTONIO WALLACE ANTUNES SOARES
  • FRANCISCO DE ASSIS BRITO FILHO
  • Data: 29/07/2019

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  • Este trabalho apresenta uma proposta de um amplificador de instrumentação de baixo consumo, utilizando a tecnologia CMOS 0,6 μm. É inicialmente apresentado um referencial teórico acerca da aplicação escolhida: tratamento de biopotenciais. Em seguida, são apresentadas as arquiteturas de amplificadores de instrumentação presentes na literatura voltados para biopotenciais, bem como, configurações de baixo consumo e baixo ruído. É realizado ainda um estudo acerca dos tipos de pseudo-resistores presentes em literatura. Feito isso, é apresentada toda a metodologia empregada para a realização desse trabalho, como a escolha da arquitetura utilizada, como é realizado o dimensionamento do sistema e quais os tipos de simulações utilizadas para avaliar o desempenho do mesmo. Por fim, pode-se concluir que utilizar circuitos integrados com tecnologia CMOS pode viabilizar inúmeras aplicações de baixo consumo portáteis que utilizem a aquisição de biopotenciais, justificando assim tal projeto.


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  • In this work is presented a low power instrumentation amplifier using 0.6 μm CMOS technology. It is initially shown the theoretical background about the chosen application: treatment of biopotentials. Next, we present the architectures of instrumentation amplifiers present in the literature focused on biopotentials, as well as low power and low noise configurations. A study is also carried out on the types of pseudo-resistors present in the literature. Once this is done, all the methodology used to perform this work is presented, such as the choice of the architecture used, how the system design is performed and what types of simulations are used to evaluate the performance of the system. Finally, it can be concluded that using integrated circuits with CMOS technology can enable numerous low-power portable applications that use the acquisition of biopotentials, thus justifying such design.

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  • ANDREW VINÍCIUS SILVA MOREIRA
  • Desempenho do Método Perturba e Observa com Passo Adaptativo e Agrupamento de Pontos em Módulo Fotovoltaico com Diodo de Passagem Inteligente Perante o Sombreamento Parcial

  • Orientador : LUCIANO SALES BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUCIANO SALES BARROS
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
  • JOÃO TEIXEIRA DE CARVALHO NETO
  • Data: 31/07/2019

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  • O crescimento exponencial da utilização da energia Solar Fotovoltaica (PV) faz que a questão do desempenho dos painéis conectados à rede elétrica seja extremamente relevante, pois a sua eficiência é relativamente baixa se comparada a outras fontes energéticas. Dentre os principais estudos, destacam-se: o Sombreamento Parcial (PS) e o Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (MPPT). O PS refere-se aos níveis distintos de irradiância ao longo do painel fotovoltaico e o MPPT refere-se ao rastreio do ponto de máxima potência de acordo com as condições ambientes. Neste trabalho, foi modelado e simulado um painel fotovoltaico atual com 72 células, contendo uma configuração moderna de diodo de passagem inteligente. A fim de verificar a performance do painel fotovoltaico foram simulados sombreamentos parciais e a busca do ponto de máxima potência empregando a técnica mais simples de MPPT: Perturb & Observe (P&O), entretanto modificada com passo adaptativo e agrupado.


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  • The exponential growth in the use of photovoltaic solar (PV) energy makes that the question of the performance of panels connected to the grid is extremely relevant, because its efficiency is relatively low if compared to other energy sources. Among the main studies, the following stand out: Partial Shading (PS) and Maximum Power Point Tracking (MPPT). The PS refers to the distinct levels of irradiance along the photovoltaic panel and the MPPT refers to the maximum power point tracking according to ambient conditions. In this work, a current photovoltaic panel with 72 cells, containing a modern smart bypass diode configuration was modeled and simulated. In order to verify the performance of the photovoltaic panel were simulated partials shadings and the maximum power point tracking using the simplest MPPT technique: Perturb & Observe (P&O), however modified with adaptive step and clustered.

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  • ALESSANDRO DE SOUZA LIMA
  • Análise de Painéis Fotovoltaicos Perante a Sombreamento Parcial Usando Magic Square e P&O Adaptativo

  • Orientador : ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • JOÃO TEIXEIRA DE CARVALHO NETO
  • LUCIANO SALES BARROS
  • Data: 31/07/2019

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  • O sombreamento parcial diminui a potência gerada pelos arranjos de painéis solares. Nessa condição, alguns painéis acabam recebendo irradiação solar diferente de outros, causando múltiplos picos em P-V e I-V, resultando em perdas. Este trabalho tem como objetivo reduzir as perdas causadas pelo sombreamento parcial a partir de reconfigurações dos arranjos de painéis, em conjunto com um algoritmo de MPPT P&O adaptativo.  A modelagem dos painéis solares é realizada em ambiente de simulação Matlab & Simulink. É realizada também a modelagem do método de MPPT P&O adaptativo. Os arranjos testados são do tipo Total Cross-Tied (TCT), Série Paralelo Total Cross-Tied (SP-TCT), Bridge - Linked – Total Cross-Tied (BL-TCT), Bridge - Linked  - Honey - Comb (BL-HC), além de um equivalente Magic Square (MS) para cada um dos arranjos apresentados. O Magic Square é uma forma de rearranjar os painéis solares em posições diferentes, com o intuito de atenuar as perdas causadas pelo sombreamento. As performances de todas as configurações são testadas para situações diferentes de sombreamento e demonstradas a partir de gráficos V-P. Além do MS, com o intuito de tornar o sistema mais eficiente, é implementado o MPPT P&O adaptativo que possui um tempo de resposta mais rápido em relação ao P&O padrão.


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  • Partial shading decreases the power generated by solar panel arrangements. In this condition, some panels end up receiving solar radiation different from others, causing multiple peaks in P-V and I-V, resulting in losses. This work aims to reduce the losses caused by partial shading from reconfigurations of the panel arrangements, in conjunction with an adaptive P & O MPPT algorithm. The modeling of the solar panels is carried out in a Matlab & Simulink simulation environment. The modeling of the adaptive MPPT P&O method is also performed. The tested arrangements are of the Total Cross-Tied (TCT), Total Cross-Tied (SP-TCT), Bridge-Linked - Total Cross-Tied (BL-TCT), Bridge-Linked-Honey-Comb (BL-HC), plus a Magic Square (MS) equivalent for each of the arrangements presented. Magic Square is a way to rearrange the solar panels in different positions, in order to mitigate the losses caused by shading. The performances of all configurations are tested for different shading situations and demonstrated from V-P graphics. In addition to the MS, in order to make the system more efficient, it implements the adaptive MPPT P&O that has a faster response time than the standard P&O.

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  • ADRIANA BENÍCIO GALVÃO
  • Ferramenta Colaborativa para Análise de Dados na Saúde Pública: Aplicação no Estudo de Séries Temporais para o Projeto "Sífilis Não"


  • Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
  • KENIO COSTA DE LIMA
  • ROBINSON LUIS DE SOUZA ALVES
  • Data: 16/08/2019

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  • Nos dias atuais, há uma tendência para o uso da análise de dados no intuito de implementar mudanças nos sistemas de saúde, que possibilitem, dentre outros benefícios, a redução de custos, a prevenção de doenças e a melhor prestação de serviços à população. Uma das iniciativas do governo brasileiro, nesse sentido, é o projeto "Sífilis Não", o qual induz ações voltadas ao controle da Sífilis nas redes de atenção à saúde.

        O termo "Big Data na Saúde" vem sendo amplamente utilizado em diversos estudos que buscam, em geral, encontrar e avaliar os possíveis benefícios de Big Data para os cuidados da saúde. Muitos desses estudos, entretanto, se baseiam em análises teóricas e qualitativas, apresentando limitações na validação das soluções propostas e destacando desafios na formação de competências para o uso de tecnologias de Big Data. Nesse contexto, o presente trabalho tem o objetivo de elaborar e implementar uma ferramenta colaborativa, facilitadora para a análise de big data, que irá contribuir, em especial, para o estudo de séries temporais referentes às notificações de Sífilis adquirida, congênita e em gestantes, registradas no Sistema de Informação de Agravos de Notificação (SINAN).

        Foi elaborado um framework, que permite a colaboração entre profissionais com competências distintas, para o desenvolvimento de programas experimentais de análise de dados, utilizando um ambiente de big data pré-configurado. O framework e suas funções implementadas compõem a ferramenta desenvolvida neste trabalho, a qual permite importar séries temporais e executar métodos para a extração de características envolvendo dados de um ou mais Sistemas de Informação em Saúde. Por fim, por meio da ferramenta desenvolvida, foram obtidos indicadores epidemiológicos para o monitoramento da Sífilis.

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  • Nowadays, there is a trend towards the use of data analysis in order to implement changes in health systems, which allow, among other benefits, cost reduction, disease prevention and better service delivery to the population. One of the initiatives of the Brazilian government, in this sense, is the project "Syphilis No", which induces actions aimed at the control of syphilis in health care networks.     The term "Big Data in Health" has been widely used in several studies that seek, in general, to find and evaluate the possible benefits of Big Data for health care. Many of these studies, however, are based on theoretical and qualitative analysis, presenting limitations in the validation of the proposed solutions and highlighting the skills in the development of competences for the use of Big Data technologies. In this context, the present work has the objective of elaborating and implementing a collaborative tool, which facilitates the analysis of big data, which will contribute, in particular, to the study of time series regarding the reports of acquired, congenital, and registered syphilis in the Notification of Injury Information System (SINAN).

        A framework was developed that allows collaboration between professionals with different skills to develop experimental data analysis programs using a preconfigured big data environment. The framework and its implemented functions make up the tool developed in this work, which allows to import time series and execute methods for the extraction of characteristics involving data from one or more Health Information Systems. Finally, through the tool developed, epidemiological indicators were obtained for the monitoring of Syphilis.
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  • MARCELLA ANDRADE DA ROCHA
  • Um texto tão singular quanto a impressão digital: O uso de sistemas inteligentes para reconhecimento de autoria

  • Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
  • ELOIZA DA SILVA GOMES OLIVEIRA
  • KARILANY DANTAS COUTINHO
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • ROBINSON LUIS DE SOUZA ALVES
  • Data: 16/08/2019

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  • A Atribuição de autoria, a ciência de inferir um autor para um determinado texto com base em suas características de escrita é um problema com uma longa história. Neste trabalho, está sendo proposto o estudo do problema de atribuição de autoria para fins de torná-lo uma ferramenta de uso na plataforma de ensino a distância do Ministério da Saúde (MS), AVASUS, e será apresentada as técnicas de análise de texto e características estilométricas dos autores que permitem que a autoria seja determinada em índices significativamente melhores, no qual os textos são maiores que 140 caracteres. Esta proposta tem como alvo o AVASUS, onde os  estudantes fazem os cursos da plataforma, compartilham seus interesses e pensamentos em forma de mensagens nos fóruns e fazem atividades que exigem redações sobre determinados temas na área da saúde, essas produções escritas são o foco da aplicação de atribuição de autoria. As técnicas estudadas como proposta são um processo de dois estágios, onde no primeiro estágio, informações estilométricas são extraídas do conjunto de dados coletados e no segundo estágio diferentes algoritmos de classificação são treinados e técnicas de análise léxica são aplicadas para prever os autores dos textos. O esforço é para maximizar a precisão das previsões com quantidade ideal de dados e usuários em consideração.


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  • The Authorship Attribution, the science of inferring an author for a particular text based on their writing characteristics is a problem with a long history. In this work, it is being proposed the study of the problem of attribution of authorship in order to make it a tool of use in the distance teaching platform of the Ministry of Health (MS), AVASUS, and will be presented the techniques of analysis of text and authors' stylistic characteristics that allow authorship to be determined in significantly better indexes, in which the texts are greater than 140 characters. This proposal targets AVASUS, where students take the courses of the platform, share their interests and thoughts in the form of messages in the forums and do activities that require writing on certain topics in the area of health, these written productions are the focus of the application of attribution of authorship. The techniques studied as a proposal are a two-stage process, where in the first stage, stylometric information is extracted from the collected data set and in the second stage different classification algorithms are trained and lexical analysis techniques are applied to predict the authors of the texts. The effort is to maximize the accuracy of predictions with optimal amount of data and users under consideration. 

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  • LUÃ SILVA CARDOSO
  • Desacoplamento P/Q de Sistemas de Geração Distribuída Utilizando o Conceito de Impedância

  • Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • CECÍLIO MARTINS DE SOUSA NETO
  • JOSE RENES PINHEIRO
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
  • Data: 30/08/2019

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  • A utilização de sistemas de geração distribuída, que utilizam fontes renováveis de energia elétrica, tem se tornado cada vez mais comum, devido aos problemas ambientais causados pelas fontes não renováveis, ao retorno do investimento cada vez mais rápido e também aos avanços dos sistemas de interconexão. No Brasil, a capacidade energética proveniente da geração distribuída está em constante crescimento. Diante do novo modelo do sistema elétrico de potência, com a participação de sistemas de geração distribuída, a utilização de métodos que regulem o fluxo de potência nas unidades de geração pode contribuir diretamente para a estabilidade do sistema elétrico, especialmente em redes de baixa tensão, pois as mesmas possuem perfil predominantemente resistivo e o fornecimento de potência ativa pode ocasionar sobretensões. Além disso, estratégias de fluxo de potência utilizadas em sistemas de geração convencionais não são adequadas aos sistemas de geração distribuída devido ao acoplamento entre as potencias ativa e reativa. Dessa forma, a realização desse trabalho tem o objetivo de adequar o controle do fluxo de potência, em um sistema fotovoltaico de geração distribuída, controlado no modo tensão, utilizando o conceito de impedância virtual. Para superar o problema do acoplamento entre as potências ativa e reativa, o sistema implementado nesse trabalho utiliza um resistor virtual. Para efeito de análise, o resistor virtual é implementado de duas formas. Na primeira é implementado um resistor virtual positivo para acentuar o perfil resistivo do sistema, realizando o controle P/V e Q/θ. Na segunda é implementado um resistor virtual negativo com o intuito de tornar o perfil da rede predominantemente indutivo e realizar o controle tradicional P/θ e Q/V. A utilização do conceito de impedância virtual é avaliada por meio de resultados de simulação e experimentais.


  • Mostrar Abstract
  • The distributed generation systems based on renewable sources has increased due to environmental problems caused by non-renewable sources, fast return on investment and advances in interconnection systems. In Brazil, the distributed generation energy capacity is growing. Before a new electric power system model, distributed generation systems participation, methods to regulate the power flow in generation units can directly contribute to electric system stability, especially in low-voltage grids, which is the predominantly resistive and the active power can cause overvoltages. In addition, power flow strategies used in conventional generation systems cannot be used in low-voltage systems due to active and reactive power coupling. In this work is proposed the power flow control adjust in a distributed generation photovoltaic system controlled in voltage mode based on virtual impedance concept. In order to overcome the active and reactive power coupling problem, the proposed method is implemented by means a virtual resistor. For analysis purposes, the virtual resistor is implemented by two ways. In the first one, a positive virtual resistor is implemented to accentuate the resistive profile of the system, performing the P/V and Q/θ control. In the second one, a negative virtual resistor is implemented in order to make the network profile predominantly inductive, and then perform the traditional P/θ and Q/V control. The virtual impedance concept technique is evaluated through simulation and experimental results.

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  • MARCOS SÉRGIO RODRIGUES LEAL
  • Simulação de Sistemas Elétricos em Tempo Real usando uma Plataforma FPGA para Validação de Proteções Baseadas em Ondas Viajantes

  • Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
  • WASHINGTON LUIZ ARAUJO NEVES
  • Data: 06/09/2019

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  • Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de um simulador digital em tempo real de sistemas de potência utilizando uma plataforma customizada de baixo custo baseada em FPGA (field-programmable gate array) adequada para realizar a validação em tempo real de proteções de linhas de transmissão baseadas em ondas viajantes. A descrição do simulador se desenvolve a partir das etapas de modelagem, implementação e simulação de um sistema de transmissão, que é usado para destacar a capacidade do simulador de representar fenômenos transitórios de alta freqüência em linhas de transmissão. Assim, inicialmente, apresenta-se o equacionamento matemático dos modelos implementados bem como o desenho geral do solver, que é desenvolvido tomando como referência o programa de transitórios eletromagnéticos (EMTP) proposto por Dommel. Em seguida, são apresentadas as características do simulador, como a arquitetura de hardware, software de desenvolvimento, estratégias de comunicação, interface gráfica, módulos de entrada/saída e exportação de dados, bem como os estágios de implementação do sistema de teste. Adicionalmente, neste trabalho propõe-se a implementação de um relé protótipo usando um dispositivo de hardware baseado em DSP (digital signal processing), executando um esquema de proteção baseado na teoria ondas viajantes, além de sua integração em malha fechada com a simulação. Uma interface gráfica (GUI - graphical user interface) é desenvolvida para definir os parâmetros de simulação, incluindo as condições para aplicação de faltas elétricas, e monitorar a dinâmica do sistema de potência utilizado como estudo de caso. Simulações offline obtidas por meio do Matlab/Simulink são usadas para validar os resultados em tempo real.


  • Mostrar Abstract
  • In this work is proposed a real-time digital simulator of power systems using a low-cost custom platform based on FPGA (field-programmable gate array) proper to perform real-time validation of traveling-wave-based transmission line protections. The operational view of the simulator is introduced by means the modeling, implementation, and simulation steps of a transmission system, which is used to highlight the simulator capability to represent high-frequency transient phenomenon taking place transmission lines. Hence, at first, the mathematical models of the power system used in the case study are presented as well as the solver design, which is developed based on the electromagnetic transients program (EMTP) proposed by Dommel. Then, the simulator characteristics, such as the hardware architecture, development software, communication strategies, graphical interface, input/output, and data export, are introduced, as well as the implementation stages of the test system. Moreover, it addresses the implementation of a relay prototype using a hardware based on DSP (digital signal processor), running a traveling-wave-based protection scheme, besides its closed-loop integration with the simulation.  A GUI (graphical user interface) is developed to set the simulation parameters, including the conditions for applying an electrical fault, and to monitor the dynamic of power system used as a case study. Off-line simulations obtained from Matlab/Simulink are used to validate the real-time results.

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  • VICTOR HUGO FREITAS DE OLIVEIRA
  • Caracterização de speedup de aplicação: modelagem de sobrecarga de paralelização e variações de tamanho de problema e número de núcleos

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • CALEBE DE PAULA BIANCHINI
  • CARLOS AVELINO DE BARROS
  • EDSON BORIN
  • Data: 13/09/2019

  • Mostrar Resumo
  • Para utilizar os processadores com múltiplos núcleos de forma eficiente, é importante entender como o desempenho dos aplicativos paralelos se comportam. A modelagem desse comportamento pode permitir o uso de técnicas executadas em tempo de execução para otimizar o desempenho, a energia dispendida ou até mesmo garantir uma qualidade de serviço (QoS) desejada. Modelos precisos evitariam ter que testar diferentes configurações em tempo de execução, o que poderia causar um aumento desnecessário na sobrecarga causada pela paralelização. Ao longo dos anos, muitos modelos de speedup foram propostos. A maioria deles é baseada na Lei de Amdahl ou na Lei de Gustafson. No entanto, muitos deles consideram que a fração paralela é fixa ou que varia linearmente com o tamanho do problema, além de desconsiderarem os efeitos da sobrecarga causada pela paralelização. Embora tais modelos auxiliem no entendimento teórico da computação paralela, essas considerações não se sustentam em ambientes reais, o que torna a modelagem inadequada para a caracterização precisa de aplicações paralelas. O modelo proposto nesta dissertação estima o speedup levando em consideração a sobrecarga causada pela paralelização e a variação da fração paralela de acordo com o tamanho do problema e o número de núcleos utilizados. Usando dez aplicações do PARSEC, o modelo proposto foi capaz de estimar o speedup de forma mais precisa do que outros modelos da literatura recente. Os testes foram realizados em dois servidores, cada um com uma arquitetura diferente.


  • Mostrar Abstract
  • To make efficient use of multi-core processors, it is important to understand the performance behavior of parallel applications. Modeling this behavior can enable the use of online approaches to optimize throughput or energy, or even guarantee the desired Quality of Service (QoS). Accurate models would avoid having to probe different runtime configurations, which causes extra overhead. Throughout the years, many speedup models were proposed. Most of them based on Amdahl’s law or Gustafson’s law. However, many of those make considerations such as a fixed parallel fraction, or a parallel fraction that varies linearly with problem size, and inexistent parallelization overhead. Although such models aid in the theoretical understanding of parallel computing, these considerations do not hold in real environments, which makes the modeling unsuitable for accurate characterization of parallel applications. The model proposed in this dissertation estimates the speedup taking into account the overhead caused by the parallelization and the variation of the parallel fraction according to problem size and number of cores used. Using ten applications from the PARSEC benchmark suite, the proposed model was able to estimate speedups more accurately than other models in recent literature. Tests were made in two servers, each one with a different hardware architecture.

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  • YURI IOHANSSEN RIBEIRO DAMASCENO
  • Estratégia de Controle Aplicado a Sistema de Geração Distribuída com Transição Suave entre os Modos Operação Conectado e Ilhado

  • Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
  • CECÍLIO MARTINS DE SOUSA NETO
  • RODRIGO PRADO DE MEDEIROS
  • Data: 04/10/2019

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  • Espera-se que a demanda mundial de energia aumente consideravelmente nas próximas décadas, o que tem impulsionado a inserção de unidades de Geração Distribuída baseada em Fontes Renováveis de Energia (GD-FRE) no modelo atual do sistema de potência, organizadas por meio de microrredes. As referidas microrredes baseadas em GD-FRE podem atender a cargas locais em um sistema isolado (operação ilhada) ou conectados à rede elétrica (operação conectada à rede). Idealmente, esses sistemas GD-FRE devem ter a capacidade de fazer uma transição suave entre os modos de operação, de forma que o fornecimento contínuo de energia seja garantido, independentemente do estado da rede elétrica.  Neste trabalho é proposta uma estratégia de controle para um sistema GD-FRE de baixa tensão que não utiliza comunicação entre as unidades de GD, capaz de operar nos modos ilhado e conectado à rede com transição suave entre os modos conectado e ilhado. No trabalho desenvolvido, não é utilizado sistemas de armazenamento de energia, uma vez que o balanço de energia no modo ilhado é alcançado por meio da alteração do ponto de operação da fonte renovável de energia.  A estratégia de controle proposta é dividida em três partes:  (a) o controle do conversor conectado ao ponto de acoplamento comum (PAC) (controle de corrente, tensão e potência), (b) unidade de gestão do modo de operação (constituída pelos controles da tensão barramento CC do sistemas GD, controle de tensão e de frequência angular do PAC) e (c) o subsistema de sincronismo e detecção de ilhamento.  A estratégia de controle é validada através da simulação de um sistema trifásico de GD-FRE. Com a utilização da estratégia o sistema apresenta uma transição suave entre os modos, com baixa perturbação na tensão do PAC, e um processo de sincronização rápido do modo ilhado para o conectado à rede. Além disso, também apresenta um tempo de resposta rápido do controle da tensão do barramento CC que é capaz de manter o transitório pequeno, mesmo quando ocorrem elevados desequilíbrios de potência durante a transição dos modos.


  • Mostrar Abstract
  • The world energy demand is expected to rise in the coming decades. Renewable Energy Source Distributed Generation (RES-DG) is being used to meet this increased demand. RES-DG systems can serve local loads on an isolated system (islanded operation) or connected to the power grid (grid-connected operation). Ideally, RES-DG systems should have the ability to transition smoothly between modes so that a continuous supply of power is achieved regardless of the grid state. This work proposes a communication-less control strategy for a low-voltage RES-DG system capable of operating in islanded as well in grid-connected mode and of achieving a smooth transfer between modes. An energy storage system is not required for operation in islanded mode since the energy balance is maintained by acting in the power generated by the RES. The proposed control strategy is divided in three parts: (a) the VSI control, which constitutes the inner control loops of the Voltage Source Inverter (VSI) (current, voltage and power control loops), (b) mode-related control loops (DC link, voltage at the PCC and DG system angular frequency control loops) and (c) the synchronization and islanding detection methods. The control strategy is validated through simulation of a three-phase RES-DG system. The proposed strategy presents a smooth transition between modes, with little to no perturbation on the PCC voltage, and a fast synchronization process from islanded to grid-connected mode. In addition, it also presents a fast DC link voltage control response time that is capable of maintaining the transitory small, even for large power imbalances during mode transition.

     

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  • DEYVID LUCAS LEITE
  • Caracterização de canal utilizando Veículo Aéreo Não Tripulado

  • Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • ÁLVARO AUGUSTO MACHADO DE MEDEIROS
  • Data: 31/10/2019

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  •  

    A utilização de Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) para prover serviços como internet, entregas de mercadorias e táxi aéreo vem se tornando realidade nos últimos anos. A utilização dessas aeronaves exige uma comunicação segura entre a estação de controle e o VANT, tarefa facilitada ao se conhecer as características do canal de comunicação. Este trabalho se destina a apresentar um setup de medição utilizando uma aeronave não tripulada, e usar os dados medidos para a caracterização do canal de RF. As medições foram realizadas com um VANT Dji Phantom 3 standard equipado com um módulo XBee PRO 900HP para a comunicação entre o VANT e a estação de controle em terra. Os dados coletados foram analisados de modo a caracterizar o desvanecimento de larga escala (perda de percurso e sombreamento) e o desvanecimento de pequena escala (multipercurso e Doppler) em cenários de Caatinga, voo sobre um lago e uma região mista com os dois ambientes anteriores. O trabalho a seguir apresenta os dados coletados nas campanhas de medição, o processamento realizado pelos scripts desenvolvidas e os resultados da caracterização do Canal RF.



  • Mostrar Abstract
  •  

    The use of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) to provide services such as internet, goods delivery and air taxi has become a reality in recent years. The use of these aircraft requires secure communication between the control station and the UAV, a task made easier by knowing the characteristics of the communication channel. This work is intended to present a measurement setup using an unmanned aircraft, and to use the measured data for RF channel characterization. Control ground. The collected data were analyzed in order to characterize the large scale fading (path loss and shading) and the small scale fading (multipath and Doppler) in Caatinga scenarios, flight over a lake and a region mixed with the two previous environments. The following work presents the data collected in the measurement campaigns, the processing performed by the developed scripts and the results of the RF Channel characterization.


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  • MYCHAEL JALES DUARTE
  • ANÁLISE E DESIGN DE ESTRUTURAS 2,5D DE SUPERFÍCIES SELETIVAS DE FREQUÊNCIA PARA APLICAÇÕES EM SISTEMAS MODERNOS DE COMUNICAÇÕES SEM FIO

  • Orientador : VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • CRISTHIANNE DE FATIMA LINHARES DE VASCONCELOS
  • FRANCISCO DE ASSIS BRITO FILHO
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 12/12/2019

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  • Este trabalho apresenta um estudo sobre Superfícies Seletivas de Frequência (FSS) 2,5D, para aplicações em sistemas modernos de comunicações sem fio. Inicialmente são analisadas estruturas simples e 2,5D, do tipo patch. As FSS simples são formadas por elementos em espira quadrada e em espira baseada no fractal Minkowski. O uso da curva fractal ocasionou uma miniaturização do circuito, aparecimento de uma nova banda de transmissão e diminuição da largura de banda, na faixa de frequência analisada.  As FSS 2,5D são formadas a partir das estruturas simples que, para a formação dos seus elementos, as espiras foram seccionadas em partes, onde foram impressas na face superior e inferior do dielétrico e interligadas com fios condutores de cobre cilíndricos de 0,5 mm de diâmetro. As superfícies 2,5D proporcionaram miniaturização do circuito em comparação com a fractal, sem aparecimento de novas bandas de transmissão e sem diminuir a largura de banda relativa. Com a comprovação da eficiência dessa técnica de miniaturização, foram propostas duas estruturas ultraminiaturizadas para sistemas de Wi-Fi Halow (na banda de 900 MHz) e Wi-Fi 6 (dual-band  2,45 GHz e 5,00 GHz), as duas com dimensões iguais a 10 mm x 10 mm de célula unitária.  Todas as FSS se mostraram estáveis com relação ao ângulo de incidência da onda plana sobre a superfície do circuito. Os resultados numéricos simulados para os protótipos projetados foram obtidos pelo software ANSYS HFSS. Os protótipos foram construídos e foi realizada a caracterização experimental dos coeficientes de transmissão, largura de banda e frequência de ressonância, valores obtidos foram comparados e discutidos com os resultados das simulações, os quais apresentaram boa concordância.


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  • This work presents a study on Selective Frequency Surfaces (FSS) 2,5 D and 3D, for applications in modern wireless systems. Initially, 2.5D, patch-like structures are analyzed. The simple FSS are formed by elements in square and spiral turns based on the Minkowski fractal. The use of the fractal curve resulted in a miniaturization of the circuit, the appearance of a new transmission band and a decrease in bandwidth. The 2,5D FSS are formed from the simple structures that, for the formation of their elements, the coils were sectioned in eight parts, where four were printed on the upper face of the dielectric, four on the underside of the dielectric and were connected with cylindrical jumpers of 0.5 mm in diameter. The 2.5D surfaces provided miniaturization of the circuit without the appearance of new transmission bands and without decreasing the relative bandwidth. All HSS were stable with respect to the angle of incidence of the plane wave on the surface of the circuit. The simulated numerical results for the projected prototypes were obtained by Ansoft HFSS software. The prototypes were constructed and the experimental measurements of the transmission coefficients were performed, the values obtained were compared and discussed with the results of the simulations, which showed good agreement.

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  • CARLOS YURI FERREIRA SILVA
  • Implementação de um estimador neural de velocidade em um motor de indução trifásica

  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALBERTO SOTO LOCK
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JOSE ALVARO DE PAIVA
  • Data: 16/12/2019

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  • O motor de indução trifásico é o tipo de máquina mais usado para acionamentos elétricos. Motivos como baixo custo, simplicidade de construção e robustez explicam tal afirmação. Nos tempos atuais, este motor se destaca também pela sua aplicabilidade na área automotiva, com a ascensão de veículos elétricos que, além de serem uma alternativa mais econômica quanto ao consumo de combustíveis em relação aos veículos comuns, são também uma solução para a diminuição da emissão de gases poluentes ao meio ambiente. Partindo deste cenário, este trabalho tem o objetivo de realizar o controle de velocidade de um motor de indução sem a utilização de um sensor mecânico acoplado ao rotor, evitando que algumas inconveniências como manutenções periódicas e aumento de complexidade e número de equipamentos façam sempre parte do funcionamento do motor. Para o controle do motor de indução foi aplicada a estratégia de controle conhecida como Field Oriented Control e para a estimativa da velocidade do rotor do motor foi usada uma rede neural artificial, a qual observa variáveis elétricas e mecânicas do sistema. Os resultados práticos obtidos foram satisfatórios, uma vez que a rede neural funcionou tanto como observador quanto como estimador de velocidade e foi possível realizar o controle do motor com a velocidade estimada na faixa de 100 a 170 rad/s.


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  • The three phase induction motor is the most used type of machine for electric drives. Low cost, construction simplicity and reliability are the motives that explains this statement. Nowadays, this motor is also highlighting for it's applicability in the automotive area, with the electric vehicle ascension which, besides being a economic alternative to fuel consumption compared to ordinary vehicle, are also a solution for the emission of polluting gases to the environment. From this scenario, the objective of this work is to perform the speed control of an induction motor without the use of a mechanical sensor attached to the rotor, avoiding some inconveniences such as a periodic maintenance and increased complexity and number of equipment are always part of the engine running. For the induction motor control was applied the control strategy known as Field Oriented Control and for the estimation of the motor rotor speed was used an artificial neural network, which observer electrical and mechanical system variables. The practical results were satisfatory, since the neural network worked as both observer and speed estimation and it was possible to perform the control os the motor with the estimated speed in the range of 100 to 170 rad/s.

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  • JOÃO ALEXANDRE DA SILVA NETO
  • Utilização de Ressoadores Metamateriais na Melhoria de Desempenho de Filtros Planares

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • IRADILSON FERREIRA DA COSTA
  • MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
  • Data: 26/12/2019

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  • Este trabalho propõe a inserção de ressonadores de anéis fendidos complementares (CSRR - Complementary Split-ring Resonators), no plano de terra de filtros planares. A intenção é melhorar alguns parâmetros de filtros encontrados na literatura, que possuam aplicação prática, considerando a crescente demanda por maior desempenho, menor tamanho, menor peso e custo dos dispositivos que integram os sistemas de comunicação. Os filtros escolhidos foram, um filtro passa-faixa que utiliza geometria matrioska para aplicações na faixa ISM (Industrial Scientific and Medical) de 2,45 GHz. O outro filtro foi um filtro passa-baixa para aplicações em Tv digital. A ideia é inserir o CSRR no plano de terra das estruturas, para aumentar a atenuação livre do filtro rejeita-faixa matrioska e para redução das dimensões do filtro passa-baixa. No trabalho são apresentados os resultados numéricos e experimentais, para efeito de validação da técnica proposta. Um boa concordância entre os resultados é observada, esses resultados mostram que as propostas apresentadas foram alcançadas.


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  • This work proposes the insertion of Complementary Split-ring Resonators (CSRR) in the planar filter ground. The intention is to improve some filter parameters found in the literature that have practical application, considering the growing demand for higher performance, smaller size, lower weight and cost of the devices that integrate the communication systems. The filters chosen were a bandpass filter that uses matrioska geometry for applications in the 2.45 GHz Industrial Scientific and Medical (ISM) band. The other filter was a low pass filter for digital TV applications. The idea is to insert the CSRR into the structure ground plane to increase the free attenuation of the matrioska band-reject filter and to reduce the size of the low-pass filter. In the work the numerical and experimental results are presented, for the purpose of validation of the proposed technique. A good agreement between the results is observed, these results show that the proposals presented were achieved.

Teses
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  • PATRIC LACOUTH DA SILVA
  • Pesquisa e Desenvolvimento de uma Nova Técnica de Síntese de Circuitos Planares Ativos de Microondas

  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • ALFREDO GOMES NETO
  • HERTZ WILTON DE CASTRO LINS
  • JOSE ALFREDO FERREIRA COSTA
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • Data: 14/03/2019

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  • O trabalho desenvolvido nesta Tese tem como objetivo principal contribuir para o desenvolvimento de estruturas reconfiguráveis através da aplicação de técnicas de otimização inspiradas no comportamento de enxames de abelhas. As principais estruturas estudadas são antenas planares de micro-ondas e superfícies seletivas de frequência ambas para a utilização em sistemas que exigem a capacidade de reconfiguração em frequência. São apresentadas novas estruturas obtidas com os algoritmos clássicos e com o algoritmo modificado desenvolvido no decorre da tese. Resultados simulados e medidos são obtidos certificando a precisão dos projetos desenvolvidos.


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  • The work developed in this thesis has as main objective to contribute to the development
    of reconfigurable structures through the application of optimization techniques inspired
    by bee swarm behavior. The main structures studied are planar microwave antennas
    and frequency selective surfaces both for use in systems requiring frequency reconfiguration capability. We present new structures obtained with the classical algorithms and with the modified algorithm developed during the thesis. Simulated and measured results are obtained certifying the accuracy of the projects developed.

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  • DÊNIS KEUTON ALVES
  • Estimação em tempo real de potência e impedância da rede elétrica usando a transformada wavelet packet estacionária

  • Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • EDSON HIROKAZU WATANABE
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • PAULO FERNANDO RIBEIRO
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • Data: 23/04/2019

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  • A estimação de indicadores de qualidade da energia elétrica tem como principal objetivo fornecer aos sistemas de monitoramento (medição, controle, proteção, etc.) informações sobre níveis adequados de tensão e qualidade da energia elétrica. Além das estratégias de monitoramento de qualidade da energia, o conhecimento da impedância da rede elétrica tem importância fundamental para o entendimento dos possíveis desvios dos índices da qualidade da rede elétrica, prover informações relevantes para o controle e a estabilidade do sistema elétrico. Nesse contexto, propõe-se nesta tese a aplicação da transforma wavelet packet discreta redundante (TWPDR), para estimar, em tempo real, valores eficazes de tensões e correntes, potências básicas (potência ativa, potência total aparente, potência não-ativa e fator de potência) e de distorção. Adicionalmente, as ferramentas de análise de sinais desenvolvidas neste trabalho possibilitou a proposição de um método para estimação de impedância da rede elétrica. A TWPDR fornece uma banda de frequência uniforme e possui a propriedade de invariância no tempo, o qual é ideal para estimação de índices de qualidade da energia e a impedância da rede em tempo real. O método de estimação de índices de qualidade da energia foi avaliado e comparado com o padrão IEEE 1459-2010 aplicado a diferentes cenários de operação, em que formas de onda sintéticas e distúrbios de qualidade da energia elétrica em regime estacionário e não-estacionário foram emulados em uma plataforma experimental. No que se refere a estimação da impedância da rede elétrica, o presente estudo foi desenvolvido com o objetivo de identificar a impedância de redes elétricas de baixa tensão interconectadas com sistemas de geração distribuída. O objetivo principal é o de fornecer insumos para delimitar os limites de estabilidade do sistema em função do nível de penetração, bem como identificar possíveis condições de ilhamento. A validação do método proposto foi realizada em uma microrrede, cuja geração distribuída é implementada por uma planta fotovoltaica de 8 kWp conectada ao ponto de acoplamento comum de um alimentador trifásico implementado por um trafo de potência nominal de 15 kVA.


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  • The estimate of power quality indices has as primary goal provides to the monitoring systems (measurement, control, protection, etc.) information about proper levels of voltage and power quality. Besides power quality monitoring strategies, the knowledge of the grid impedance is fundamental importance to the understanding of the deviation of the electric power quality indices, providing relevant information to control and stability of the power system. In this context, in this thesis, it proposes the application of the stationary discrete wavelet packet transform (SDWPT) to estimate effective voltages and currents, as well as primary power quantities (active, total apparent, nonactive power, and power factor), and distortion power. Additionally, the analysis tools of signal processing developed in this work allowed the development of a method for estimating the grid impedance. The SDWPT provides a uniform frequency band and possesses the timeinvariance property, which is ideal for power estimation and grid impedance estimation in the real-time. The method of estimation of power quality indices was assessed and compared to the IEEE Standard 1459-2010 under different operational scenarios, where stationary synthetic waveforms and with both stationary and nonstationary power quality disturbances were emulating in an experimental setup. Regarding the grid impedance estimation, the current study was developing to identify the impedance of low voltage electric grids interconnected with distributed power generation systems. The primary goal is providing parameters to delimit the threshold of system instability in terms of the penetration level and identify islanding conditions. The validation of the proposed method was accomplished in a microgrid whose distributed generation is implemented through the photovoltaic plant of 8 kWp connected to the point of common coupling of a three-phase feeder composed by a transformer of 15 kVA. 


3
  • DIEGO HABIB SANTOS NOLASCO
  • Arquitetura Fuzzy Hierárquica com Defuzzificação Adicional de Camadas e Aplicações ao Diagnóstico de Qualidade da Energia Elétrica

  • Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BENJAMIN RENE CALLEJAS BEDREGAL
  • DANTON DIEGO FERREIRA
  • DENIS VINICIUS COURY
  • EDUARDO SILVA PALMEIRA
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • Data: 30/04/2019

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  • Dos diversos métodos de tomada de decisão existentes, os métodos fuzzy hierárquicos
    vêm se destacando como ferramentas adequadas para tratar de aplicações complexas,
    com alto grau de subjetividade. Neste contexto, insere-se o produto energia elétrica. Em
    geral, o diagnóstico de qualidade da energia é uma prática difícil devido as subjetividades
    inerentes ao processo de análise, as nuances dos diferentes padrões existentes em todo o
    mundo, e características de incerteza dos parâmetros de avaliação. Nesta tese, propõe-se
    uma nova metodologia de diagnóstico de qualidade da energia baseada na teoria hierárquica
    fuzzy tipo cascata. O método proposto analisa parâmetros de qualidade em regime
    permanente a partir de vários padrões existentes no mundo, e fornece um diagnóstico
    linguístico/quantitativo, no qual, as contribuições dos índices analisados são ponderadas
    sobre a qualidade da energia do sistema avaliado. O método de diagnóstico foi implementado
    primeiramente a partir de duas arquiteturas hierárquicas difusas existentes na literatura
    (convencional e livre de defuzzificação), e posteriormente, por uma nova arquitetura
    (com defuzzificação adicional de camadas). A arquitetura proposta foi desenvolvida para
    agregar as principais vantagens das arquiteturas convencional e livre de defuzzificação no
    intuito de tornar o método de diagnostico mais completo e robusto. Este estudo propõe
    que a saída de cada subsistema obtida a partir de um processo primário de tomada de decisão
    seja transferida diretamente entre as camadas hierárquicas, sem perda de informação
    linguística, para obtenção de um diagnóstico resultante de qualidade da energia. Ademais,
    um processo secundário de tomada de decisão é realizado em conjunto com um método
    de defuzzificação adicional no intuito de obter um diagnóstico específico complementar
    na saída de cada subsistema da hierarquia. O método de diagnóstico desenvolvido a partir
    da arquitetura proposta, apresentou resultados satisfatórios em comparação as duas arquiteturas
    existentes. Após validação do método de diagnóstico e da arquitetura hierárquica
    difusa, apresentados nesta tese, como resultado final da presente pesquisa, é proposto um
    sistema wavelet-fuzzy adaptativo com método de inferência genérica baseado em funções
    de sobreposição estendidas, como uma nova ferramenta capaz de monitorar a qualidade
    da energia em sistemas elétricos com inserção de energias renováveis.


  • Mostrar Abstract
  • Among various existing decision-making methods, hierarchical fuzzy methods have
    emerged as a suitable tool for dealing with complex applications which have many input
    variables and a high degree of subjectivity. In this context, the product of electric
    energy stands out. In general, the diagnosis of energy quality is a difficult practice due
    to the subjectivities inherent to the analysis process, nuances among different standards
    existing in the world, and uncertainties of evaluation parameters. This thesis proposes a
    new methodology for the power quality diagnosis based on the hierarchical fuzzy theory
    with a cascade-type architecture. The proposed method analyzes the quality parameters
    in steady-state electrical systems based on different existing standards in the world and
    performs a linguistic/quantitative diagnosis in which the contributions of the analyzed indices
    are weighted on the power quality of the evaluated system. Firstly, the diagnosis
    method was implemented from two hierarchical fuzzy architectures known (conventional
    and defuzzification free). Posteriorly, a new proposed architecture with additional
    defuzzification of layers was developed to aggregate the main advantages of conventional
    and defuzzification free in order to make the diagnosis method more complete and
    robust. This study proposes that the output of each subsystem obtained from primary
    decision-making process is transferred directly between the hierarchical layers, without
    loss of linguistic information, to obtain a resultant power quality diagnosis. In addition,
    a secondary decision-making process is performed together with an additional defuzzification
    method in order to obtain a complementary specific diagnosis at the out of each
    hierarchical subsystem. The diagnosis method based on the proposed fuzzy architecture
    presented satisfactory results when compared with the two existing architectures. After
    validation of the diagnosis method and hierarchical fuzzy architecture, both presented in
    this thesis, at the end of research, an adaptive wavelet-fuzzy system with generic inference
    method based on extended overlap functions is proposed as a new tool able of monitoring
    the power quality in renewable energy systems.

4
  • DANILO DE SANTANA PENA
  • Localização baseada em Sinais Acústicos sujeitos a Ruído Impulsivo
  • Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • WALTER DA CRUZ FREITAS JÚNIOR
  • ÁLVARO AUGUSTO MACHADO DE MEDEIROS
  • Data: 14/05/2019

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  • O canal acústico tem recebido muita atenção nos últimos anos devido a diversas aplicações e tecnologias emergentes. Como resultado, pesquisadores têm considerado canais acústicos realísticos para o estudo dos métodos de localização de fonte. Assim, este trabalho apresenta um método de diferença de tempo de chegada (Time Difference of Arrival - TDOA) para canais acústicos impulsivos baseado em transformação não-linear de dados. Os métodos TDOA são avaliados em diferentes cenários utilizando dados sintéticos e reais. Além disso, os modelos de ruído impulsivo não-Gaussiano são analisados em diferentes ambientes com medições por meio de um setup experimental.

  • Mostrar Abstract
  • The acoustic channel has received much attention in recent years due to many applications and some emerging technologies. As a result, researchers have considered realistic acoustical channels for studying of the source localization methods. Therefore, this work presents an approach of time difference of arrival (TDOA) for the impulsive acoustic channels based on non-linear data transform. The TDOA methods are evaluated in different scenarios using synthetic and real data. Moreover, the non-Gaussian impulsive noise models are analyzed in the various environment with measurement using an experimental setup.
5
  • PAULO CÉSAR LINHARES DA SILVA
  • Aplicação das Wavelets de Daubechies em Conjunto com Método da Propagação Vetorial de Feixes na Análise de Estruturas Fotônicas

  • Orientador : JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • ANTONIO RONALDO GOMES GARCIA
  • IDALMIR DE SOUZA QUEIROZ JÚNIOR
  • Data: 24/05/2019

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  • Wavelets são ferramentas matemáticas que permitem a decomposição, descrição ou representação de uma determinada função. Dentre os vários tipos de wavelets, a de Daubechies tem a propriedade bastante peculiar de possuir o suporte compacto, que permite descrever o comportamento de funções com descontinuidades ou variações bruscas de valores no domínio da frequência e/ou do tempo. Também é possível  a obtenção de seus coeficientes, integrais e derivadas por meio de procedimentos numéricos. Nesse contexto, a propagação de sinais em dispositivos que propagam ondas eletromagnéticas, pode ser numericamente analisada com o auxílio desses tipos de wavelets. Neste trabalho, utilizamos as wavelets de Daubechies como funções de base para aplicação conjunta com o Método da Propagação Vetorial de feixes (VBPM). Nesse caso, essas funções são obtidas por meio da mudança na translação e resolução das wavelets e pelo uso da função geradora de momentos, obtida como parte desse estudo. A partir da base wavelet obtida, foi desenvolvido um algoritmo para cálculo das matrizes elementares, específicas do VBPM, que se baseia no método dos elementos finito (FEM). Como teste de convergência do VBPM com o novo conjunto de funções de bases obtidas neste trabalho, foi analisada a propagação de onda em um guia eletromagneticamente acoplado e a transferência de energia entre uma fibra óptica convencional (COF) e uma fibra óptica de quase cristal fotônico (FQCF). 


  • Mostrar Abstract
  • Wavelets are mathematical tools that allow the decomposition, description or representation of a given function. Among the various types of wavelets, Daubechies has a peculiar property of having the compact support, which allows describing the behavior of functions with discontinuities or abrupt variations of values in frequency and/or time domain. It is possible to obtain its coefficients, integrals, and derivatives by means of numerical procedures. In this context, the propagation of signals in devices that propagate electromagnetic waves can be numerically analyzed with the aid of these types of wavelets. In this work, we use the Daubechies wavelets as base functions for joint application with the Beam Vector Propagation Method (VBPM). In this case, these functions are obtained by means of the change in the translation and resolution of the wavelets and by the use of the moment generating function, obtained as part of this study. From the obtained wavelet base, an algorithm was developed to calculate elementary matrices, specific to the VBPM, which is based on the finite element (FEM) method. As a convergence test of the VBPM with the new set of base functions obtained in this work, we analyzed the wave propagation in an electromagnetically coupled guide and the transfer of energy between a conventional optical fiber (COF) and a near-photonic crystal optical fiber (FQCF).

     

6
  • KENNEDY REURISON LOPES
  • Sistema Especialista para Ambiente Industrial Baseado em Regras com Auto-Aprendizagem

  • Orientador : ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • GILBERT AZEVEDO DA SILVA
  • OSCAR GABRIEL FILHO
  • Data: 24/05/2019

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  • Este trabalho apresenta uma metodologia de como adquirir e representar o conhecimento através de regras lógicas automática para uma planta industrial simulada. O conhecimento inicial sobre um processo industrial pode ser adquirido através de um especialista que interpreta situações presentes na planta e pode descrever o que está ocorrendo. No trabalho é apresentado uma maneira de adquirir conhecimentos estatísticos da planta durante a própria execução de seus processos, utilizando para isso um método de clusterização online conhecido como TEDA-Cloud sendo modificado para melhora de performance. A representação do conhecimento é descrito através da manipulação de uma rede neural conhecida como CILP e uma simbologia própria é descrita para representar as variáveis lógicas retiradas dos sinais dos processos. Os resultados mostram uma eficiência em interpretar as regras e aceleração no processo de clusterizaçao e classificações dos padrões que definem as regras.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents a methodology of how to acquire and represent knowledge through automatic logic rules for a simulated industrial plant. The initial knowledge about an industrial process can be acquired through a specialist who interprets situations present in the plant and can describe what is occurring. In the work, a way of acquiring statistical knowledge of the plant during the execution of its processes is presented, using a method of online clustering known as TEDA-Cloud being modified to improve performance. The representation of knowledge is described through the manipulation of a neural network known as CILP and its own symbology is described to represent the logical variables drawn from the process signals. The results show an efficiency in interpreting the rules and acceleration in the process of clustering and classifications of the standards that define the rules.

7
  • ANDRÉ NASCIMENTO DA SILVA
  • Novas Técnicas de Otimização de Casamento de Impedância de Antenas Planares para Sistemas de Comunicação Sem Fio


  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • EVANDRO CONFORTI
  • FRED SIZENANDO ROSSITER PINHEIRO
  • JOABSON NOGUEIRA DE CARVALHO
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • Data: 27/05/2019

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  • O trabalho descrito nesta Tese consiste no desenvolvimento de novas técnicas de otimização de casamento de impedância de antenas planares para sistemas de comunicação sem fio. As técnicas propostas se baseiam na inserção de fendas na linha de alimentação da antena ou abaixo dela, no plano de terra, permitindo manter inalterada a geometria do patch da antena de microfita. O estudo realizado através de análise paramétrica, permitiu o desenvolvimento de três novas técnicas de casamento de impedâncias. Na primeira, a inserção da fenda é realizada na fita condutora da linha de microfita, sendo posicionada simetricamente. Na segunda, a fenda é introduzida no plano de terra, ou seja, é inserida abaixo e paralelamente à fita condutora da linha de microfita. Na terceira, a fenda também é posicionada no plano de terra, porém é alinhada paralelamente à borda inferior do patch condutor, ou seja, perpendicularmente à fita condutora da linha de microfita. Foram investigados os efeitos do casamento de impedâncias de entrada de antenas de microfita com patch retangulares, impressas sobre substratos de fibra de vidro (FR-4) e alimentadas por linhas de microfita, projetadas para operação nas frequências de 1,8 GHz, 2,45 GHz e 3,5 GHz. A simulação e a análise paramétrica dessas antenas foram realizadas através dos softwares Ansoft Designer e HFSS, que implementam o método dos momentos (method of moments - MoM) e o método dos elementos finitos (finite element method - FEM), respectivamente. Adicionalmente, o método das ondas (wave concept iterative procedure - WCIP) também foi empregado na análise, possibilitando uma melhor comparação entre os resultados simulados obtidos. Para fins de validação dos resultados simulados, foram fabricados e medidos vários protótipos. A boa concordância observada entre os resultados simulados e medidos, confirma a eficiência e a acurácia das novas técnicas de casamento de impedâncias. As técnicas propostas são de fácil implementação e permitem obter reduções consideráveis no valor do coeficiente de reflexão, |S11| (dB), indicando que a eficiência da antena foi significativamente aumentada. No primeiro caso, para a fenda inserida na fita condutora da microfita, o valor de |S11| (dB) foi reduzido de -8,81 dB para -28,09 dB, na análise para 2,45 GHz. No segundo caso, para a fenda inserida no plano terra, abaixo e paralelamente à fita condutora da microfita, o valor de |S11| (dB) foi reduzido de -7,62 dB para -37,17 dB, na análise para 2,45 GHz. No terceiro caso, para a fenda inserida no plano terra, alinhada paralelamente à borda inferior do patch, o valor de |S11| (dB) foi reduzido de -10,11 dB para -34,1 dB, na análise para 1,8 GHz. O uso de fendas, nas formas propostas, permitiu uma boa adaptação, em relação ao casamento de impedâncias, entre as antenas e as linhas de alimentação correspondentes, dispensando o uso de linhas de microfita de alta impedância e evitando transições abruptas na largura de linhas de microfita, alterações na forma do patch da antena, ou o aumento do tamanho final da antena. As técnicas propostas apresentam um excelente potencial para aplicações no desenvolvimento de outros circuitos integrados de micro-ondas, como filtros, divisores de potência e acopladores direcionais, em tecnologia planar.


  • Mostrar Abstract
  • The work presented in this dissertation consists in the development of new techniques for the impedance matching optimization of printed antennas for wireless communication systems. The techniques proposed are based on the insertion of slots in the antenna feeding line or below it (in the ground plane), enabling to keep unchanged the patch geometry of the investigated microstrip antenna. The study was performed using a parametric analysis and enabled the development of three new impedance matching techniques. In the first, the insertion of the slot is carried out in the conducting strip of the microstrip line, being symmetrically placed. In the second, the slot is introduced into the ground plane but it is inserted below and parallelly to the conducting strip of the microstrip line. In the third, the slot is also positioned in the ground plane, but is aligned parallel to the lower edge of the conducting patch, i.e. perpendicularly to the conducting strip of the microstrip line. The effect of the input impedance matching on the performance of rectangular patch microstrip antennas printed on glass fiber substrates (FR-4) was investigated. The antennas were fed by microstrip lines and designed for operation at 1.8 GHz, 2.45 GHz, and 3.5 GHz. Simulation and parametric analyses were performed using Ansoft Designer and HFSS softwares, that implement the method of moments (MoM) and the finite element method (FEM), respectively. In addition, the wave concept iterative procedure (WCIP) was also used in the analysis, enabling a better comparison between the obtained simulated results. For validation purpose, several prototypes were fabricated and measured. The good agreement observed between simulated and measured results confirms the efficiency and accuracy of the new impedance matching techniques. The proposed techniques are easy to implement and allow considerable reductions in the reflection coefficient value, | S11 | (dB), indicating that the antenna efficiency was significantly increased. In the first case, for the slot inserted in the conducting strip of the microstrip, the value of | S11 | (dB) was reduced from -8.81 dB to -28.09 dB in the analysis for 2.45 GHz. In the second case, for the slot inserted in the ground plane, below and parallel to the conducting strip of the microstrip, the value of | S11 | (dB) was reduced from -7.62 dB to -37.17 dB in the analysis for 2.45 GHz. In the third case, for the slot inserted in the ground plane, parallel to the lower edge of the conducting patch, the value of | S11 | (dB) was reduced from -10.11 dB to -34.1 dB in the analysis for 1.8 GHz. The use of slots, as proposed in this work, enabled a good impedance matching between the antenna and the microstrip feeding line, avoiding the use of high impedance microstrip lines, abrupt transitions in the width of microstrip lines, changes in the shape of the antenna conducting patch, or increasing the antenna size. The proposed optimization techniques present an excellent potential for applications in the development of other microwave integrated circuits, such as filters, power dividers, and directional couplers, in planar technology.

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  • JAN'' ERIK MONT'' GOMERY PINTO
  • Implementação em PLC do Controlador PI afim por partes aplicado a Sistemas Industriais com Restrições

  • Orientador : ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • FABIO SOARES DE LIMA
  • OSCAR GABRIEL FILHO
  • Data: 31/05/2019

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  • Nesta tese é proposto o projeto de um algoritmo do controlador Proporcional-Integral (PI)  afim por partes, denominado neste trabalho de Piecewise Affine PI (PWA-PI), baseado em conjuntos invariantes e programação multiparamétrica para sistemas com restrições. Esse algoritmo  foi implementado em um controlador lógico programável (CLP), com a finalidade de controlar uma planta industrial de nível e analisar seu comportamento. Foi utilizado a programação em texto estrutura (ST) do CLP, para validar os algoritmos, controlando dois sistemas distintos. Os resultados mostraram que as restrições sobre o Erro, Integral do Erro e sinal de controle foram respeitadas, uma vez que os controladores PWA-PI foram sintonizados previamente através da solução de um problema de otimização. Indicadores de desempenhos de malhas de controle, tais como erro médio quadrático, Goodhart, Overshoot e tempo de acomodação, mostraram que o PWA-PI pode ser sintonizado para um desempenho melhor do que o controlador Proporcional-Integral (PI) sintonizado pelo método de Ziegler-Nichols (Z–N). Em um dos casos analisados nesta tese, obteve-se um tempo de acomodação de 98 segundos, enquanto o controlador PI pelo método de Z-N apresentou um tempo de acomodação de 179 segundos. Todos os indicadores de desempenho utilizados para avaliar ambos os controladores, mostraram que o controlador PWA-PI obteve um melhor desempenho para sistemas com restrições.


  • Mostrar Abstract
  • In this work the design of a piecewise affine proportional integral (PWA-PI) controller algorithm based on invariant set and multiparametric programming for constrained systems is proposed. We implemented the algorithm in a programmable logic controller (PLC) to control an industrial constrained level plant and analyze its behavior. Structured text routines were programmed and validated while controlling two systems with PLC. The results show that the constraints on the error, integral of the error, system output and control action are respected because PWA-PI controllers are tuned from the solution of an optimization problem. The evaluated performance indexes (such as mean square error, Goodhart,  overshoot and settling time) show that PWA-PI can be adjusted for better performance than proportional integral (PI) controller tuned by Ziegler–Nichols (Z–N) rules. In the analyzed cases, a settling time of 108 s was obtained, whereas PI controller with Z–N rules presented a 179 s settling time. All of the analyzed performance indexes that we used to evaluate both controllers show PWA-PI as a better controller for constrained systems.

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  • MARCELO DAVID SILVA DE MESQUITA
  • SÍNTESE DE UMA NOVA TINTA CONDUTIVA PARA CIRCUITOS DE MICRO-ONDAS IMPRESSOS SOBRE SUBSTRATOS DE VIDRO E DE FIBRA DE VIDRO

  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • JEFFERSON COSTA E SILVA
  • JOAO BOSCO LUCENA DE OLIVEIRA
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • MARIA THEREZA MIRANDA ROCCO GIRALDI
  • Data: 31/05/2019

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  • Esta tese descreve o trabalho realizado para a síntese de uma nova tinta condutiva, com concentração elevada de partículas de prata, e a investigação efetuada sobre a possibilidade de sua utilização na fabricação de circuitos integrados para sistemas de comunicação sem fio. A utilização da nova tinta condutiva é proposta como alternativa ao emprego de técnicas convencionais de fabricação de circuitos integrados de micro-ondas. A importância da utilização da tinta condutiva está associada à facilidade, eficiência, versatilidade e redução de custos de fabricação dos circuitos integrados, por utilizar pequenos pincéis para a aplicação sobre materiais dielétricos diversos. A tinta condutiva obtida a partir da síntese da nitrocelulose, que, em solução de acetato de etila, atua como agente aglutinador do pigmento (prata metálica em pó) para a formação de um filme condutor, sendo uma das contribuições deste trabalho. A investigação sobre a utilização da tinta condutiva foi realizada no desenvolvimento de antenas de microfita, superfícies seletivas de frequência (FSS) bioinspiradas, bloqueadores de corrente contínua (bloqueadores DC) e acopladores direcionais. Os dois últimos circuitos foram projetados em estruturas de linhas de microfita paralelas acopladas. A simulação e o projeto desses circuitos foram efetuados através dos softwares Ansoft Designer e Ansoft HFSS. Nas análises, foram considerados substratos de vidro e de fibra de vidro, lâminas condutoras muito finas de cobre e de prata e superfícies pintadas com tinta de prata. Foram investigados os comportamentos em frequência dos parâmetros de espalhamento desses circuitos, permitindo avaliar aspectos relacionados com a transmissão, a reflexão, o acoplamento, a radiação e a filtragem de ondas eletromagnéticas. Para fins de validação dos resultados das simulações e de comparação entre resultados experimentais, foram fabricados e medidos protótipos de antenas de microfita sobre substratos de fibra de vidro, com laminado de cobre e com superfície pintada com a tinta condutiva. Também foram fabricados protótipos de antenas de microfita sobre substrato de vidro. As medições do coeficiente de reflexão e da impedância de entrada dessas antenas foram realizadas com o uso de um analisador de redes. No caso das FSS, foram simulados e fabricados protótipos com elementos inspirados na folha da planta Oxalis triangularis sobre substratos de fibra de vidro, com laminado de cobre e com superfície pintada com a tinta condutiva. As medições do coeficiente de transmissão dessas FSS foram realizadas com o uso de um analisador de redes e duas antenas cornetas. Nos casos do bloqueador de corrente contínua e do acoplador direcional, foram simulados e fabricados protótipos sobre substratos de fibra de vidro, com laminado de cobre e com superfícies pintadas com a tinta condutiva, propiciando a oportunidade de investigar o efeito no acoplamento eletromagnético produzido entre as linhas de microfita paralelas pintadas. As medições dos coeficientes de reflexão e de transmissão dos protótipos foram realizadas com o uso de um analisador de redes. A boa concordância observada entre os resultados simulados e medidos para os protótipos dos circuitos integrados de micro-ondas pintados com a tinta de prata, confirma a eficiência e a versatilidade do procedimento de impressão com o uso da tinta condutiva sintetizada.


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  • This thesis describes the work carried out for the synthesis of a new conductive ink, with high concentration of silver particles, and the investigation on the possibility of its use in the manufacture of integrated circuits for wireless communication systems. The use of the new conductive ink is proposed as an alternative to the use of conventional microwave integrated circuits manufacturing techniques. The great interest in the use of conductive ink is associated with the ease, efficiency, versatility and reduction of manufacturing costs of the integrated circuits, provided by the use of small paint brushes for the application on different dielectric materials. The conductive ink obtained from the synthesis of nitrocellulose, which, in ethyl acetate solution, acts as a bonding agent of the pigment (silver metallic powder) to form a conductive film, one of the contributions of this work. The synthesized conductive ink was used in the development of microstrip antennas, bioinspired frequency selective surfaces (FSS), DC blocks, and directional couplers. The last two microwave integrated circuits were developed using parallel coupled microstrip lines. The simulation and design of these circuits were performed using Ansoft Designer and Ansoft HFSS softwares. In the analyses, glass and fiberglass substrates, very thin conductive plates made out of copper and silver, and surfaces painted with silver ink were considered. The frequency behavior of the scattering parameters of these circuits were investigated, enabling the evaluation of different aspects related to the transmission, reflection, coupling, radiation, and electromagnetic wave filtering. In order to validate the simulation results and to compare the measurement results, prototypes of microstrip antennas were fabricated and measured on fiberglass substrates with a copper laminate and with a surface painted with conductive ink. Also, prototypes of microstrip antennas were manufactured on glass substrate. The measurement of the reflection coefficient and the input impedance of these antennas were performed using a network analyzer. In the case of FSSs, prototypes were simulated and manufactured with elements inspired on the leaf of the Oxalis triangularis plant on fiberglass substrates, with copper clad laminate and surfaces painted with the synthesized conductive ink. The transmission coefficient measurement of these FSSs were performed using a network analyzer and two horn antennas. In the cases of DC block and directional coupler, prototypes were simulated on fiberglass substrates, with copper clad laminate and with surface painted with conductive ink, providing the opportunity to investigate the effect on the electromagnetic coupling between the painted parallel microstrip lines. The measurement of the reflection and transmission coefficients of these circuits were carried out using a network analyzer. The good agreement observed between the simulated and measured results for the microwave integrated circuit prototypes painted with silver ink confirms the efficiency and versatility of the painting procedure with the synthesized conductive ink.

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  • TIAGO FERNANDO BARBOSA DE SOUSA
  • Propostas de Equalização e Beamforming para Sistemas Modernos de Comunicação 

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • DALTON SOARES ARANTES
  • TOKTAM MAHMOODI
  • Data: 07/06/2019

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  • Este trabalho tem como objetivo apresentar novas propostas de equalização e beamforming associada a sistemas modernos de comunicação digital. São apresentadas três propostas nos quais a primeira é caracterizada por uma inovadora estrutura de equalizador neural chamada aqui de Butterfly Neural Equalizer (BNE). O BNE pode ser aplicado em problemas lineares e não lineares envolvidos em sistemas de ópticos modulados por intensidade que envolvem detecção direta, também chamados de intensity-modulated e direct-detection (IM-DD) Systems. A segunda proposta é caracterizada por um esquema adaptativo de beamforming aplicado a sistemas do tipo Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM). A técnica OFDM e suas variantes estão sendo utilizadas em vários sistemas de comunicação como LTE, TV digital e outros. Finalmente, a terceira proposta apresenta uma estrutura de beamforming neural chamada de Butterfly Neural Beamforming (BNB) que pode ser aplicada a vários sistemas de comunicação. Resultados associadas as três propostas são apresentados e mostram a viabilidade das técnicas em vários cenários de canal e esquemas de modulação digital.


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  • This work aims to present new proposals for equalization and beamforming associated with modern digital communication systems. Three proposals are presented in which the first is characterized by an innovative neural equalizer structure called here the Butterfly Neural Equalizer (BNE). The BNE can be applied to linear and non-linear problems involved in intensity-modulated and direct-detection (IM-DD). The second proposal is characterized by an adaptive beamforming scheme applied to Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) systems. The OFDM technique and variants are being used in various communication systems such as LTE, digital TV, and others. Finally, the third proposal presents a neural beamforming structure called Butterfly Neural Beamforming (BNB) that can be applied to several communication systems. Results associated with the three proposals are presented and show the feasibility of the techniques in several channel scenarios and digital modulation schemes.

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  • AYLANNA RAQUEL DA COSTA OLIVEIRA
  • Análise de Funções de Alívio para Estimação de Carregamentos após Chaveamentos Corretivos

  • Orientador : MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CLOVIS BOSCO MENDONCA OLIVEIRA
  • MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MARCOS ANTONIO DIAS DE ALMEIDA
  • MAX CHIANCA PIMENTEL FILHO
  • MELINDA CESIANARA SILVA DA CRUZ
  • Data: 29/06/2019

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  • Muitos trabalhos já propuseram o uso da técnica de Chaveamentos Corretivos para eliminar sobrecargas em sistemas de transmissão de energia elétrica. Alguns desenvolveram algoritmos utilizando Chaveamentos Corretivos baseados em teorias de circuitos elétricos ou em metodologias de Funções de Alívio. Este trabalho apresenta uma nova metodologia linear que se propõe a comparar os resultados obtidos a partir da execução de uma Função de Alívio aplicada à técnica de Chaveamentos Corretivos em situações de contingência com os resultados de outras metodologias previamente desenvolvidas e com os testes de fluxo de carga exato em variados sistemas de transmissão. Esta Função de Alívio foi determinada de forma analítica e tem sua origem no estudo de quadripólos. Nos estudos realizados ao longo desta Tese de Doutorado, as contingências foram criadas a partir de desligamentos de linhas nos sistemas de transmissão estudados – essa alteração provocou ocasionalmente múltiplas sobrecargas de ramo na rede elétrica, mas elas foram analisadas uma de cada vez. Uma outra etapa consiste em verificar as não-linearidades das medidas de chaveamento, ou seja, analisar se as grandezas elétricas obtidas a partir da aplicação de uma técnica linear podem apresentar grandes variações com relação à obtenção a partir de um modelo não-linear, ou seja, um fluxo de carga exato, e analisar o grau de influência que determinados parâmetros presentes nos carregamentos estimados podem exercer na não-linearidade destas manobras de operação. É importante enfatizar que a nova topologia da rede pode ser identificada rapidamente, visto que os cálculos necessários para estimação do novo carregamento são lineares, o que exige pouco esforço computacional. Isto viabiliza sua aplicação on-line para encontrar uma solução factível em Centros de Gerenciamento de Energia.


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  • There are several studies proposing Corrective Switching technique for eliminating overloads in transmission branches. Some proposed Corrective Switching algorithms are based on electrical circuits theory or Relief Function methodology. This work presents a new linear methodology that proposes to compare the results obtained from the execution of a Relief Function applied to Corrective Switching technique in contingency cases with the results of other methodologies previously developed and with the load flow tests in transmission systems. This Relief Function has been determined analytically and it is based on a Two-ports network model. When carrying out the studies throughout this Thesis, contingencies were created from line disconnections in the studied transmission systems - this alteration occasionally caused multiple branch overloads in the electric network, but they were analyzed one at a time. Another step is to verify the nonlinearities of the switching measures: to analyze if the electric quantities obtained from the application of a linear technique can present great variations with respect to the obtaining from a nonlinear model, meaning, an exact load flow, and to comprehend the influence that certain parameters present in the estimated loadings can exert on the nonlinearity of these operation maneuvers. It is important to emphasize that the new network topology can be identified quickly, since the calculations necessary to estimate the new load are linear, which requires little computational effort. This enables an on-line application to find a feasible solution in Energy Management Centers.

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  • IGOR GADÊLHA PEREIRA
  • Sincronia Dinâmica de Sistemas Multimídia Distribuídos Utilizando Técnicas de Aprendizagem de Máquina
  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • ANDERSON ABNER DE SANTANA SOUZA
  • COSIMO DISTANTE
  • GUIDO LEMOS DE SOUZA FILHO
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • Data: 01/07/2019

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  • A troca de fluxos de dados multimídia em um cenário de sistemas distribuídos representa um desafio, devido principalmente a dois problemas geralmente presentes nesse contexto: a sincronização entre os diversos fluxos e o gerenciamento de hardwares heterogêneos presentes no sistema. A dificuldade em manter os limites temporais necessários para reprodução de um fluxo de dados multimídia aumenta com distúrbios introduzidos pelo canal de comunicação, o que está diretamente relacionado à qualidade de serviço. Na Internet, a transmissão de fluxo multimídia de tempo real requer estratégias eficientes de sincronização e armazenamento em memória, que podem adicionar uma quantidade significativa de latência interferindo diretamente na qualidade de experiência (QoE) vivenciada pelo usuário final. Dentre as aplicações que necessitam latência baixa para garantir um QoE aceitável, a composição e a execução de músicas através da internet representam o maior desafio. Nessa direção, propomos novos métodos para sincronização de fluxos multimídia codificados e fluxos de áudio não codificados, de alta precisão e baixa latência com o intuito de serem utilizados em sistemas multimídia de alcance global, como a Internet. Através dos experimentos realizados, identificamos boas taxas de acerto na sincronização desses fluxos de áudio e vídeo. Destacamos os valores de 72% na sincronização de fluxos de vídeo e até 93% para sequencias de áudio não codificados. Para isso utilizamos análise estatística de ordem superior e redes neurais convolucionais e sequenciais para computar uma relação temporal entre dois sinais multimídia.


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  • The exchange of multimedia data streams in a distributed scenario represents a challenge mainly because of two problems generally present in this context: the synchronization between several streams and the management of heterogeneous hardware present in the system. The difficulty in maintaining the time limits necessary for the reproduction of time-dependent multimedia data stream increases with disturbances introduced by the communication channel, which is directly related to the quality of service. On the Internet, streaming real-time multimedia data requires efficient synchronization and storage strategies, which can add a significant amount of latency and interfere with the end-user quality of experience (QoE). Among the applications that require low latency to ensure an acceptable QoE, the composition and reproduction of songs through the Internet represent the biggest challenge. Towards this direction, we propose an effective method for low latency synchronization of several streams in a distributed global multimedia network, such as the Internet. Throughout the experiments we made to verify our proposed systems, we identified good accuracy levels on the synchronization of audio and video streams. We specifically emphasize the accuracy levels of 72% for the synchronization of video streams and up to 93% for the synchronization of raw audio sequences. In order to achieve these results, we employed statistical analysis of superior order and neural networks, both convolutional and recurrent, to compute a time relationship between multimedia flows.

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  • ELIEL POGGI DOS SANTOS
  • Desenvolvimento de uma técnica numérica para análise de superfícies seletivas em frequência do tipo absorve-transmite

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALFREDO GOMES NETO
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • ERICO CADINELI BRAZ
  • MAURICIO WEBER BENJÓ DA SILVA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • Data: 18/07/2019

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  • Os sistemas modernos de comunicação sem fio utilizam diversos tipos de dispositivos como antenas, moduladores, filtros, detectores, absorvedores e diversos outros tipos para as mais diversas aplicações emergentes na área das telecomunicações. Em particular, os absorvedores de ondas eletromagnéticas tornaram-se componentes críticos em sistemas de segurança, detecção e imagem. Os fundamentos dos absorvedores baseiam-se em configurações que permitem o controle da absorção de ondas eletromagnéticas e que mediante ao aumento dos requisitos de desempenho de absorção de micro-ondas, bom desempenho em aplicações civis e surgimento de novos tipos de materiais absorvedores de micro-ondas, atraíram considerável atenção dos pesquisadores resultando em consideráveis progressos. 

    Nesse sentido, diversos parâmetros nas estruturas de telecomunicações são usualmente analisados por meio de métodos de onda completa e métodos numéricos. São utilizados em muitos casos no núcleo de softwares comercicais como também em métodos híbridos. A utilização de técnicas numéricas mais simples permite uma análise de comportamentos de reflexão e de transmissão de maneira adequada com boa aproximação principalmente em estruturas cascateadas. 

    Nesse trabalho a estrutura do absorvedor é composta com uma superfície seletiva em frequência (FSS – frequency selective surface) condutiva e uma FSS resistiva na qual há um espaçamento d entre as FSS. A FSS condutiva é formada por um dielétrico FR-4 com permissividade elétrica de 4,4 e as geometrias formadas por fitas condutivas de cobre. As FSS resistivas apresentam um dielétrico FR-4 com permissividade elétrica de 4,4 e as geometrias são formadas por materiais resistivos OhmegaPly 1A50PT (35 micron – 50 ohms/sq). O objetivo da tese é desenvolver uma técnica numérica para análise de absorvedores de micro-ondas integrados a superfícies seletivas em frequência. Utilizou-se uma modelagem para a FSS condutiva e uma outra para a FSS resistiva ambas utilizando a técnica dos circuitos equivalentes baseadas nas equações de Marcuvitz e para a análise do conjunto ou cascateamento das estruturas utilizou-se a técnica da matriz de espalhamento. Tentou-se utilizar outras técnicas, no entanto, essa combinação resultou em melhores resultados. Parâmetros internos do método como coeficientes, resistência, reatâncias indutivas e capacitivas das geometrias foram analisadas com o objetivo de permitir uma melhor aproximação com relação as simulações e medições.

    Os absorvedores projetados utilizaram a geometria dipolo cruzado e geometria espira quadrada ambos  projetados e medidos em laboratório. A técnica numérica de análise apresentou uma boa concordância com os resultados medidos e simulados das estruturas do próprio autor como também com outros absorvedores medidos e simulados apresentados na literatura. Melhorias e modificações podem ser ajustadas para outras aplicações, integrar com técnicas de otimização, algoritmos híbridos e outros projetos de estruturas periódicas.


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  • Modern wireless communication systems use various types of devices such as antennas, modulators, filters, detectors, absorbers and many other types for the most diverse applications emerging in the field of telecommunications. In particular, electromagnetic wave absorbers have become critical components in security, detection and imaging systems. The fundamentals of the absorbers are based on configurations that allow the control of the absorption of electromagnetic waves and that by increasing the performance requirements of microwave absorption, good performance in civil applications and the emergence of new types of materials absorbers of microwaves, attracted considerable attention from the researchers resulting in considerable progress.

    In this sense, the full-wave methods and numerical methods are usually used for the analysis of several parameters in the telecommunications structures. They are used in many cases in the core of commercial software as well as in hybrid methods. The use of simpler numerical techniques allows an analysis of reflection and transmission behavior in a suitable way with good approximation mainly in cascade structures.

    In this work the absorber structure is composed of a conductive frequency selective surface (FSS) and a resistive FSS in which there is a d spacing between the FSS. The conductive FSS is formed by a FR4 dielectric with an electric permittivity of 4.4 and the geometries formed by conductive copper strips. Resistive FSS have an FR4 dielectric with an electrical permittivity of 4.4 and the geometries are formed by OhmegaPly 1A50PT (35 micron - 50 ohms / sq) resistive materials.

    The thesis proposal is to develop a numerical technique for the analysis of integrated microwave absorbers to selective surfaces in frequency. A model was used for conductive FSS and one for resistive FSS both using the equivalent circuit technique based on the Marcuvitz equations and for analysis of the set or cascade of the structures, the scattering matrix technique was used. Attempts have been made to use other techniques, however, this combination has resulted in better results. Internal parameters of the method such as coefficients, resistance, inductive and capacitive reactances of the geometries were analyzed in order to allow a better approximation with respect to the simulations and measurements.

    The designed absorbers used cross-dipole geometry and square loop both designed and measured in the laboratory. The numerical analysis technique showed good agreement with the measured and simulated results of the author's own structures as well as with other measured and simulated absorbers presented in the literature. Improvements and modifications can be tuned for other applications, integrate with optimization techniques, hybrid algorithms and other projects of periodic structures.

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  • EMANOEL RAIMUNDO QUEIROZ CHAVES JUNIOR
  • Estratégias de Estimação de Falhas em Atuadores e Sensores em Processos Não-Lineares com Incertezas
  • Orientador : ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MARCELO ROBERTO BASTOS GUERRA VALE
  • OSCAR GABRIEL FILHO
  • Data: 26/07/2019

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  • Ao longo dos anos, os processos de controle tornaram-se mais complexos, contendo
    um grande número de componentes que funcionam de forma integrada. Qualquer um
    desses componentes está sujeito a apresentar defeitos ou a mal funcionamentos. Todos
    esses fatores são definidos como sendo falhas, o que, por sua vez, compreendem em variações
    inesperadas das propriedades de um determinado componente em relação à sua
    condição nominal de funcionamento. As falhas podem ocasionar perdas
    econômicas e levar risco à vida dos operários no recinto. Um sistema de controle
    tolerante a falhas é capaz de manter o processo de controle funcionando com um desempenho
    adequado mesmo na presença de falhas. Na sua abordagem ativa, a estratégia de
    controle nominal é reconfigurada, de modo que o efeito da falha seja acomodado. Esta
    reconfiguração geralmente baseia-se na estimativa da falha que, por sua vez, é obtida por
    meio de um observador. Geralmente a eficácia de um observador está relacionada ao grau
    de conhecimento sobre o processo por parte do projetista. Uma alteração não prevista dos
    parâmetros do sistema ou a presença de incertezas pode prejudicar o desempenho do observador.
    Este trabalho propõe duas técnicas de projeto de observador de estado que são
    capazes de realizar a estimação simultânea de estados e falhas em atuadores e sensores
    em sistemas não-lineares no tempo discreto com incertezas. O funcionamento deste método
    é verificado por meio de simulações computacionais baseadas em estudos de caso
    envolvendo processos de controle de nível em tanques e de controle de um manipulador
    robótico de articulação flexível por meio de tensão.


  • Mostrar Abstract
  • Over the years, control processes have become more complex, containing a large number
    of components that work in an integrated manner. Any of these components is subject
    to defects or malfunctions. All these factors are defined as faults, which are unexpected
    variations of the properties of a given component to its nominal operating condition. The
    consequences of failures may cause economic losses and risk the life of the workers in
    the enclosure. A fault tolerant control system is able to keep the control process running
    with proper performance even in the presence of failures. In its active approach, the nominal
    control strategy is reconfigured so that the effect of the fault is accommodated. This
    reconfiguration is usually based on the estimate of the fault, which is obtained by means
    of an observer. Generally the effectiveness of an observer is related to the degree of knowledge
    about the process by the designer. An unforeseen change in system parameters
    or the presence of uncertainties may adversely affect the performance of the observer.
    This work proposes two state observer design techniques which are able to perform the
    simultaneous estimation of states and faults in actuators and sensors in nonlinear systems
    in discrete time with uncertainties. The operation of this method is verified by means of
    computational simulations based on case studies involving crane, liquid level processes
    and control of a flexible articulated robotic manipulator.

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  • BETOVEN OLIVEIRA DE ANDRADE
  • Análise e Projeto de Antenas Patch de Microfita com Substrato Inspirado em Arranjo EBG

  • Orientador : LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • HUMBERTO DIONISIO DE ANDRADE
  • WELLINGTON CANDEIA DE ARAUJO
  • Data: 26/07/2019

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  • Após algumas décadas das primeiras publicações sobre antenas de microfita as pesquisas ainda continuam em expansão. Isso é consequência de várias de suas características atrativas, sobretudo a possibilidade de montagem no mesmo plano dos circuitos transceptores. No entanto, essa vantagem acarreta alguns problemas - as ondas produzidas pelos circuitos refletem e refratam no interior do substrato, já que este possui diferentes índices de refração, o que ocasiona correntes superficiais no plano de terra, levando a uma largura de banda estreita e também a uma menor eficiência de radiação e baixo ganho, já que parte da energia é desperdiçada. Para atenuar tais características negativas, várias técnicas têm sido investigadas e empregadas, sendo uma das mais promissoras o uso de substratos PBG (Photonic Band Gap). PBG são estruturas periódicas em material dielétrico ou condutivo. Elas propagam as ondas eletromagnéticas em uma frequência específica para todos os estados de polarização e ângulos de incidência. Nesta tese, propõe-se uma metodologia adequada de estudos de novas estruturas e técnicas voltados ao emprego de material PBG na forma de furos periódicos tridimensionais (3D) no substrato na confecção de antenas patch de microfita para a faixa de 1 a 5 GHz. Ao longo do trabalho apresentamos algumas contribuições, descritas a seguir: (i) proposição de novas antenas, inclusive antenas com substratos impressos (3D); (ii) desenvolvimento teórico de projeto coerente da antena, evitando deslocamentos de frequências de ressonância, ocasionados por alteração na permissividade após a inserção dos furos; (iii) demonstração de que diferentes geometrias de furos não estão relacionadas a variação de frequência de ressonância; (iv) análise de que uma geometria não-convencional pode promover grandes melhorias de eficiência no tempo computacional de projeto; (v) aplicação de uma rede neural artificial capaz de melhorar substancialmente o tempo de obtenção das perdas de retorno; (vi) proposição de técnicas de baixo custo para o desenvolvimento de antenas com substrato PBG. A fim de validar as antenas propostas, simulações e medições são apresentadas e discutidas.


  • Mostrar Abstract
  • After a few decades of the first publications on microstrip antennas, research continues to expand. This is the consequence of several of its attractive features, especially the possibility of mounting in the same plane of the transceiver circuits. However, this advantage presents some problems - the waves produced by the circuits reflect and refract inside the substrate, since it has different refractive indices, which causes surface currents in the earth plane, leading to a narrow bandwidth and also to lower radiation efficiency and low gain, since some of the energy is wasted. In order to attenuate such negative characteristics, several techniques have been investigated and employed, one of the most promising being the use of PBG (Photonic Band Gap) substrates. PBGs are periodic structures in a dielectric or conductive material. They propagate the electromagnetic waves at a frequency specific to all states of polarization and angles of incidence. In this thesis, it is proposed an adequate methodology to study new structures and techniques aimed at the use of PBG material in the form of three-dimensional periodic (3D) holes in the substrate in the manufacture of microstrip patch antennas for the range between 1 to 4 GHz. This thesis presents some contributions, as described below: (i) proposition of new antennas, including antennas with printed substrates (3D); (ii) theoretical development of coherent antenna design, avoiding resonance frequency shifts, caused by changes in the permittivity after insertion of the holes; (iii) demonstration that different hole geometries are not related to resonance frequency variation; (iv) analysis that an unconventional geometry can promote large efficiency improvements in computational design time; (v) applying an artificial neural network capable of substantially improving the time to obtain the return losses; (vi) proposition of low-cost techniques for the development of antennas with PBG substrate. In order to validate the proposed antennas, simulations and measurements are presented and discussed.

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  • ÍCARO BEZERRA QUEIROZ DE ARAÚJO
  • Critério de máxima correntropia aplicado a seleção de estrutura e estimação de parâmetros de modelos NARX

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • JOILSON BATISTA DE ALMEIDA REGO
  • EVANDRO DE BARROS COSTA
  • JOSE BEZERRA DE MENEZES FILHO
  • Data: 26/07/2019

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  • Nas últimas décadas, devido ao aumento da complexidade dos sistemas dinâmicos e incremento da demanda por desempenho, a área de identificação de sistemas tem enfatizado a utilização de modelos não lineares para representação de sistemas dinâmicos. Neste contexto, os modelos não-lineares autorregressivos com entradas exógenas (NARX) são bastante utilizados devido a sua simplicidade, flexibilidade e capacidade de representação. Entretanto, tal modelo possui uma grande dependência da etapa de seleção de estrutura e os algoritmos tradicionais utilizados possuem limitações quando os dados estão contaminados de ruídos com distribuições não gaussianas. Observando isto, nesta tese, objetiva-se apresentar um novo método de identificação chamado Maximização da Correntropia Simulada com Poda (SCMP), que utiliza alguns conceitos do aprendizado baseado na teoria da informação. Neste trabalho são apresentados conceitos básicos sobre identificação de sistemas e correntropia, alguns métodos baseados nos mínimos quadrados ortogonais e redução de erro simulado, assim como a nova metodologia proposta. O método proposto é aplicado e comparado com os métodos tradicionais em alguns estudos de caso. O primeiro experimento é composto por três sistemas dinâmicos numéricos SISO na presença de ruído bimodal. O segundo estudo de caso é um conjunto retirado de um sistema benchmark chamado Silver Box. O terceiro estudo de caso é um sistema mecânico real. O quarto e último estudo de caso é um sistema dinâmico de tanques acoplados MIMO real. Os resultados obtidos validam o desempenho do método proposto quando comparado com os outros algoritmos de detecção de estrutura e estimação de parâmetros, mostrando que o método proposto apresenta um melhor desempenho e robustez na presença de ruídos com distribuição não gaussiana.


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  • In the last decades, due to the growing complexity of dynamic systems and the growing demand for better performance, the area of systems identification has emphasized the use of non-linear models to represent dynamic systems. In this context, Non-linear autoregressive with exogenous inputs models (NARX) are heavily used due to to their simplicity, flexibility and capacity of better representation. However, such models rely heavily on structure selection and the most traditional algorithms have limitations when the data is contaminated by non-gaussian distribution noises. Noting this, in this thesis, the objective is to present a new identification method called simulated correntropy maximization with pruning which uses concepts of learning based on information theory. In this work basic concepts about systems identification and correntropy, methods based on orthogonal least squares and simulated error reduction, and the new proposed methodology. The proposed method is applied and compared to the traditional methods in some study cases. The first experiment is composed by three SISO numeric dynamic systems in the presence of bimodal noise. The second study case is a set taken from a benchmark system called Silver Box. The third is a real dynamic system. The fourth and last one is a real dynamic MIMO coupled-tanks system. The obtained results validate the performance of the proposed method when compared to other algorithms of structure detection and parameter estimation, showing that the proposed method presents a better and more robust performance in the presence of non-gaussian distribution noise.

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  • CLÁUDIO PEREIRA DA COSTA
  • Análise de Novas Topologias de Filtros CPS, SIEW e FSS-EBG para Sistemas de Comunicação sem Fio

  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • CRISTHIANNE DE FATIMA LINHARES DE VASCONCELOS
  • GERVASIO PROTASIO DOS SANTOS CAVALCANTE
  • JOABSON NOGUEIRA DE CARVALHO
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 30/07/2019

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  • O objetivo desta tese é apresentar a análise de novas topologias de filtros CPS, SIEW e FSS-EBG para aplicações em sistemas de comunicações sem fio. A configuração CPS consiste de duas fitas condutoras carregadas por duas células split ring resonators (SRRs) formando um filtro CPS. O filtro SIEW baseia-se na tecnologia substrate integrated E-plane waveguide, sendo formado por várias camadas dielétricas empilhadas com dois elementos ressonantes em seu interior, alcançando seletividade com polarização horizontal. A terceira configuração é constituída por dois arranjos periódicos formados por uma FSS e uma EBG, compondo uma estrutura integrada. A investigação dessas estruturas foi realizada mediante análise numérica da resposta em frequência devido à variação dos parâmetros físicos das geometrias, elencando as potencialidades atrativas para o desenvolvimento de aplicações na faixa de micro-ondas. Os resultados simulados foram obtidos com o software comercial Ansoft HFSS e exibiram características atrativas como: reconfiguração, ampla largura de banda, banda dupla, projeto simples, peso leve e fácil fabricação em grande escala. Alguns protótipos dos dispositivos propostos foram fabricados e os resultados experimentais confirmaram a validade dos modelos computacionais utilizados. Os resultados experimentais obtidos também foram comparados com os resultados simulados, observando-se uma boa concordância entre eles.


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  • The objective of this thesis is to present the analysis of new topologies of CPS, SIEW and FSS-EBG filters for wireless systems applications. The coplanar stripline (CPS) structure consists of two conducting strips loaded by two split ring resonators (SRRs), forming a CPS filter. The SIEW filter is based on the integrated E-plane waveguide substrate technology, being composed of several dielectric layers stacked with two resonant elements inside it, enabling selectivity with horizontal polarization. The third filter configuration consists of two periodic arrays formed by an FSS and an EBG, composing an integrated structure. The investigation of these structures was carried out by numerical analysis of the frequency response due to the variation of the physical parameters of the investigated geometries, identifying the attractive potentialities for microwave applications. The simulated results were obtained with the commercial software Ansoft HFSS and exhibited attractive characteristics as: reconfiguration, wide bandwidth, double band, simple design, light weight and easy manufacturing on a large scale. Some prototypes of the proposed devices were manufactured and the experimental results confirmed the validity of the used computational models. The experimental results were also compared with the simulated results, exhibiting a good agreement between them.

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  • JOÃO PAULO FERREIRA GUIMARÃES
  • Correntropia Complexa: Definição, Propriedades e Aplicações

  • Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • RICARDO VON BORRIES
  • ALUISIO IGOR REGO FONTES
  • Data: 30/09/2019

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  • Estudos recentes demonstraram que a correntropia é uma ferramenta eficiente para analisar momentos estatísticos de ordem superior em ambientes de ruído não gaussianos. Embora a correntropia tenha sido utilizada com dados complexos, nenhum estudo teórico foi realizado para elucidar suas propriedades ou seu uso em problemas de otimização. Sendo assim, baseado em uma interpretação probabilística, este trabalho apresenta uma nova medida de similaridade entre duas variáveis aleatórias complexas, definida como correntropia complexa. As suas propriedades são estudadas bem como seu uso enquanto função custo no Critério de Máxima Correntropia Complexa (Maximum Complex Corren- tropy Criteria – MCCC). O MCCC é aplicado a um algoritmo de gradiente ascendente e numa nova solução recursiva baseada em ponto fixo. Para testar a robustez dessa nova me- dida em ambientes com ruídos não gaussianos, aplica-se a correntropia complexa como função custo em um problema de identificação de sistemas, num problema de equaliza- ção de canal e de amostragem compressiva. Também é mostrado como a correntropia complexa pode ser aplicada ao problema de similaridade entre ângulos. As simulações demonstram vantagens proeminentes quando os métodos propostos são comparados a métodos clássicos da literatura.


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  • Recent studies have demonstrated that correntropy is an efficient tool for analyzing higher-order statistical moments in non-Gaussian noise environments. Although corren- tropy has been used with complex data, no theoretical study was pursued to elucidate its properties, nor how to best use it for optimization. By using a probabilistic inter- pretation, this work presents a novel similarity measure between two complex random variables, which is defined as complex correntropy. It’s properties are studied as well as a new recursive solution for the Maximum Complex Correntropy Criteria (MCCC) and two algorithms are derived, one based in the ascendent gradient and a second one on a fixed-point solution. Simulations were made in order to evaluate how the robust this new measure is to impulsive noise in different problems: liner system identification, chan- nel equalization and in a compressive sensing problem. It is also shown the application of complex correntropy as a tool to analyse the similarity between angles. The results demonstrate prominent advantages of the proposed method when compared with the clas- sical algorithms from the literature.

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  • ITALO AUGUSTO SOUZA DE ASSIS
  • Balanceamento de carga intra nó e inter nó e outras abordagens escaláveis para processamento sísmico de alto desempenho

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOAO MEDEIROS DE ARAUJO
  • JORGE DANTAS DE MELO
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • REYNAM DA CRUZ PESTANA
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • Data: 14/10/2019

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  • A modelagem sísmica, a migração reversa no tempo (RTM) e inversão de forma de onda multiescala (MFWI) são três das técnicas mais importantes no levantamento sísmico. A modelagem sísmica simula a propagação de ondas, a RTM gera uma imagem da subsuperfície e a MFWI produz um modelo de velocidades de propagação de ondas. Esses métodos possuem um alto custo computacional devido à grande quantidade de dados que eles processam e à complexidade de seus algoritmos. Por isso, na prática, eles são implementados apenas para sistemas paralelos. Embora existam implementações paralelas eficientes de modelagem, RTM e MFWI na literatura, melhorias podem ser feitas para melhor explorar o paralelismo nesses métodos e as características dos sistemas paralelos atuais. Esta pesquisa propõe a inversão de forma de onda multiescala acoplada (CMFWI), um método alternativo à MFWI, que melhora a escalabilidade paralela ao reduzir a dependência paralela entre o processamento de diferentes conteúdos de frequência dos dados. É apresentada uma implementação do CMFWI usando o método de minimizadores locais acoplados (CLM). Os resultados utilizando a norma L2 mostraram que a CMFWI teve desempenho inferior quando comparado ao MFWI. Esses testes indicam que mais pesquisa é necessária para implementar a CMFWI, pois ela compara dados com diferentes conteúdos de frequência. Este trabalho também apresenta uma estratégia de ajuste automático para escolher adequadamente o tamanho ideal dos blocos de carga de trabalho que reduz o tempo de execução de uma RTM 3D em sistemas de memória compartilhada. O método Coupled Simulated Annealing (CSA) é empregado para ajustar o tamanho dos blocos de carga de trabalho que os laços paralelos atribuem dinamicamente às threads. Testes mostram que o método proposto é consistentemente melhor do que dois agendamentos de laços padrão do OpenMP, sendo até 44% mais rápido. Esta tese também introduz o roubo de trabalho cíclico baseado em token (CTWS) para sistemas de memória distribuída. A nova abordagem de token cíclico reduz o número de falhas de roubo, reduz o overhead de comunicação e simplifica a seleção de vítimas e a estratégia de finalização. Os resultados obtidos com a aplicação da técnica proposta para equilibrar a carga de trabalho de uma RTM 3D apresentam um fator de 14,1% de aceleração e redução do desequilíbrio de carga de 78,4% quando comparadas à distribuição estática convencional. Por fim, é apresentada uma implementação de uma modelagem visco-acústica 2D.


  • Mostrar Abstract
  • Seismic modeling, reverse time migration (RTM), and multi-scale waveform inversion (MFWI) are three of the most important techniques in seismic surveying. Seismic modeling simulates the wave propagation, RTM generates an image of the subsurface, and MFWI produces a wave propagation velocity model. These methods demand intensive computational cost due to a large amount of data they process and the complexity of their algorithms. Because of that, they are only implemented for parallel systems in practical. Although there are efficient parallel implementations of modeling, RTM, and MFWI in the literature, further improvement can be achieved by better exploring the parallelism in these methods and the characteristics of the current parallel systems. This research proposes coupled multi-scale waveform inversion (CMFWI), an alternative method to MFWI, which improves parallel scalability by reducing the parallel dependency between the processing of different frequency content of the data. An implementation of CMFWI using the coupled local minimizers method (CLM) is presented. L2-norm results showed that CMFWI had an inferior performance when compared to MFWI. These experiments indicate that further research is necessary to implement CMFWI as it compares data with different frequency contents. This work also introduces an auto-tuning strategy for properly choosing the optimal chunk size that reduces the runtime of a 3D RTM algorithm in shared memory systems. A coupled simulated annealing method (CSA) is employed to adjust the chunk size of work that parallel loops assign dynamically to worker threads. Experiments show that the proposed method is consistently better than two default OpenMP loop schedulers being up to 44% faster. This thesis also introduces the cyclic token-based work-stealing (CTWS) for distributed memory systems. The novel cyclic token approach reduces the number of failed steals, avoids communication overhead, and simplifies the victim selection and the termination strategy. Results obtained by applying the proposed technique to balance the workload of a 3D RTM present a factor of 14.1% speedup and reductions of the load imbalance of 78.4% when compared to the conventional static distribution. Finally, an implementation of a 2D visco-acoustic modeling is presented.

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  • DANIEL GUERRA VALE DA FONSECA
  • Formulações Explícitas para Controladores Preditivos Generalizados: uma Abordagem Multiparamétrica

  • Orientador : ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
  • ANDRÉ FELIPE OLIVEIRA DE AZEVEDO DANTAS
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • PERICLES REZENDE BARROS
  • Data: 30/10/2019

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  • O Controle Preditivo Generalizado (GPC) é uma das técnicas de Controle Preditivo baseado em Modelos (MPC) mais tradicionais e populares da indústria e do meio acadêmico, sendo aplicado, ao longo de décadas, em vários sistemas para melhorar o desempenho do controle. Dentre as diversas áreas, o GPC pode ser encontrado atuando em aplicações petroquímicas, de energias, de alimentos, automotiva e aeroespacial. Esse tipo de controlador utiliza informações do modelo do processo para predizer o comportamento futuro do sistema. A predição é feita através da minimização de um funcional de custo que gera ações de controle ótimas capazes de direcionar as variáveis controladas para os valores desejados. Além disso, o GPC consegue lidar de forma direta tanto com sistemas MIMO, quanto com as restrições presentes nos processos. Entretanto, ao considerar o conjunto de restrições, o controlador precisa resolver, em tempo real, um problema de programação quadrática (PQ), o que pode ser proibitivo em certos casos, como para sistemas embarcados. Este trabalho faz uso da programação multiparamétrica (mp) para gerar uma lei de controle explícita do tipo Afim por Partes (PWA) para o GPC (mp-GPC) capaz de manter o desempenho de controle, sem a necessidade recorrente da resolução de um problema de otimização. Inicialmente, é proposta uma formulação comparada diretamente com o GPC baseado em PQ. Os resultados mostram que o desempenho se mantém, com redução do tempo computacional para o cálculo da ação de controle. Em seguida, um novo formato é proposto, que se diferencia pela quantidade de parâmetros necessários para formulação multiparamétrica. Ambas proposições são aplicadas em diferentes situações: em um sistema multivariável, em um sistema com a presença de atraso de transporte e em um caso subatuado. Em todos os casos, é feita uma comparação do tempo computacional gasto para o cálculo do sinal de controle, assim como do tempo necessário para resolução da programação multiparamétrica. Por fim, foram iniciados estudos envolvendo uma formulação GPC Multiparamétrica Híbrida, que faz uso da resolução de um problema de programação Linear Inteira Mista multiparamétrico (mp-MILP). Uma válvula não linear é utilizada como estudo de caso, em que suas características não lineares são traduzidas como dinâmicas discretas para o problema de otimização, com o objetivo de minimizar os seus efeitos. Os resultados preliminares são satisfatórios, apresentando um controle, em alguns momentos, com compensação total da não linearidade. Contudo, testes em sistemas reais precisam ser realizados em trabalhos futuros.

  • Mostrar Abstract
  • Generalized Predictive Control (GPC) is one of the most traditional and popular Model-based Predictive Control (MPC) techniques in industry and academia and has been applied over decades in several systems to improve the control performance. Among the application areas, GPC can be found in petrochemical, energy, food, automotive and aerospace. This type of controller uses process model information to predict future system behavior. The prediction is made by minimizing a functional cost that produces optimal control actions capable of leading the controlled variables to the desired values. In addition, GPC can deal directly with both MIMO systems and process constraints. However, when considering the constraint set, the controller needs to solve a Quadratic Programming (QP) in real time, which can be prohibitive in certain cases, such as for embedded systems. This work uses multiparametric programming (mp) to generate an Explicit Piece-wise Affine (PWA) control law for GPC (mp-GPC) which holds the same control performance without the need to keep solving the optimization problem at each sample time. Hence, initially, the proposed formulation is compared with GPC based on online QP. The results show that the performance is maintained, reducing the computational time to calculate the control action. Then, a new format is proposed, which differs from the last one by the amount of parameters needed in the mp formulation. Both propositions are applied in three different situations: a MIMO system, a process with input-output delays and a underactuated system. A comparison is made by checking the computational time spent to calculate the control signal, as well as the time required for mp resolution. Finally, studies were initiated involving a Hybrid Multiparametric GPC formulation, which makes use of the resolution of a multiparametric Mixed-Integer Linear Programming (mp-MILP). A nonlinear valve is used as a case study, in which its nonlinear characteristics are treated as discrete dynamics for the optimization problem, in order to minimize its effects. Preliminary results are satisfactory, however, tests on real applications need to be done in future works.

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  • VIRGINIA PINTO CAMPOS
  • Sistema de Geração Automática de Audiodescrição a partir de Análise de Conteúdo de Vídeo

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • RAFAEL BESERRA GOMES
  • BRUNO MARQUES FERREIRA DA SILVA
  • NEY ROBINSON SALVI DOS REIS
  • TIAGO MARITAN UGULINO DE ARAUJO
  • Data: 28/11/2019

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  • A audiodescrição é um recurso de acessibilidade projetado para tornar a informação visual acessível a pessoas cegas ou com baixa visão. Para aumentar a oferta de faixas de audiodescrição em aplicações de vídeo digital, propomos um sistema para a geração automática de audiodescrição para filmes. O sistema pode utilizar como fonte de informação sobre o filme o roteiro original e o próprio vídeo. Como prova de conceito, desenvolvemos um protótipo que gera roteiros de audiodescrição com base em ações extraídas do roteiro e objetos reconhecidos no vídeo. Os experimentos contemplaram a aplicação da solução em filmes de ficção e em vídeos de vigilância. Para os filmes de ficção, foi feita uma avaliação com pessoas cegas. Os resultados indicaram que, através da audiodescrição automática gerada pela solução, foi possível fornecer informações sobre o contexto e que podem auxiliar o usuário no entendimento geral da história. Para os vídeos de vigilância, foi feita uma avaliação de desempenho através da medição do tempo de atraso de cada compoente. Os resultados indicaram que a solução tem o potencial para ser utilizada em contextos que exigem AD em tempo-real.


  • Mostrar Abstract
  • Audio description is an accessibility feature designed to make visual information accessible to blind or low vision people. To increase the range of audio description tracks in digital video applications, we propose a system for automatic audio description generation of movies. The system can use as source of information about the film the original script or the video itself. As a proof of concept, we developed a prototype that automatically generates audio description based on actions taken from the script and objects recognized in the video. The experiments contemplated the application of the solution in fiction films and surveillance videos. For fiction films, an evaluation was made with blind people. The results indicated that through the automatic audio description generated by the solution, it was possible to provide contextual information that can help the user in the general understanding of the story. For surveillance videos, a performance evaluation was made using the delay time of each component. Results indicate that a solution has the potential to be used in contexts that require real-time AD.

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  • THALES AUGUSTO DE OLIVEIRA RAMOS
  • Um Sistema Eficiente de Máquinas Elétricas para Geração de Energia Eólica com Acionamento por meio de um Regulador Eletromagnético de Frequência

  • Orientador : MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE TAVARES DE OLIVEIRA
  • JOÃO PAULO ABREU VIEIRA
  • MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • PAULO VITOR SILVA
  • RICARDO FERREIRA PINHEIRO
  • Data: 29/11/2019

  • Mostrar Resumo
  • Uma nova topologia foi desenvolvida recentemente para acionar geradores com o objetivo de possibilitar a hibridizar duas fontes de energia. Particularmente, se uma dessas fontes for eólica, atende-se ainda ao objetivo de evitar dispositivos eletrônicos de potência diretamente conectados à rede. O sistema é composto por uma máquina de indução com rotor na gaiola de esquilo e uma armadura rotativa dotada de um enrolamento trifásico que é alimentado por uma fonte secundária. Essa nova estrutura de máquina foi nomeada de Regulador Eletromagnético de Frequência (REF). O objetivo estabelecido em uma primeira pesquisa foi converter uma velocidade variável imposta pela turbina eólica à armadura, em uma velocidade constante a ser desenvolvida pelo rotor da gaiola, acionando um eixo de gerador síncrono. Um primeiro objetivo desta Tese foi modelar matematicamente a topologia e simulá-la inserida numa turbina eólica de grande porte. Em seguida, foi proposto o uso de um gerador de indução em vez de um síncrono, objetivando buscar o ponto de máxima extração de potência eólica disponível. A partir de análises de regime permanente, são propostos dois sistemas de controle possíveis: um controle escalar, que objetiva obter uma velocidade desejada para o rotor do sistema, e um controle que visa a estratégia de obtenção da máxima eficiência possível para o REF. Simulações de regime permanente são realizadas a fim de comparar os dois sistemas de controle apresentados. Assim, verifica-se que o controle por estratégia de máxima eficiência obtém melhores resultados quando comparados com os correspondentes obtidos a partir do controle escalar. Simulações dinâmicas realizadas para as duas topologias propostas mostram que ambas são viáveis e suportam variações na velocidade do vento e distúrbios na rede elétrica.


  • Mostrar Abstract
  • A new topology has recently been developed to drive generators to enable hybridization of two power sources. Particularly, if one of these sources is wind power, it also serves the purpose of avoiding power electronic devices directly connected to the grid. The system consists of a squirrel cage rotor induction machine and a rotational armature with a three-phase winding that is powered by a secondary source. This new machine frame has been named the Electromagnetic Frequency Regulator (EFR). The objective established in a first research was to convert a variable speed imposed by the wind turbine to the armature, in a constant speed to be developed by the cage rotor, driving a synchronous generator shaft. A first objective of this Thesis was to mathematically model the topology and simulate it inserted in a large wind turbine. Then, it was proposed to use an induction generator instead of a synchronous generator, aiming to find the maximum extraction point of available wind power. From steady state analyzes, two possible control systems are proposed: a scalar control, which aims to obtain a desired speed for the system rotor, and a control that aims at the strategy of obtaining the maximum possible efficiency for the REF. Permanent regime simulations are performed in order to compare the two control systems presented. Thus, it is verified that the control by maximum efficiency strategy obtains better results when compared with the correspondents obtained from the scalar control. Dynamic simulations performed for the two proposed topologies show that both are viable and support variations in wind speed and disturbances in the power grid.

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  • HEITOR MEDEIROS FLORENCIO
  • Modelo Analítico para Avaliação da Estabilidade de Links em Redes Industriais Sem Fio.

  • Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • DANIEL LOPES MARTINS
  • DENNIS BRANDAO
  • JORGE DANTAS DE MELO
  • Data: 09/12/2019

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  • As redes de sensores sem fio surgiram no ambiente industrial com a finalidade de aumentar a flexibilidade e, principalmente, implantar elementos de medição e atuação em locais de difícil acesso. Contudo, devido às peculiaridades do enlace sem fio no ambiente industrial, é fundamental o uso de métricas para avaliar o desempenho dos enlaces de comunicação link. Um fator essencial para avaliação do comportamento da rede é a estabilidade dos links. A estabilidade é uma propriedade, porém diversos estudos definem o modelo da estabilidade utilizando diferentes parâmetros do link. Este trabalho apresenta um modelo analítico da estabilidade de link baseado na potência do sinal recebido e na taxa de entrega de pacotes. Os resultados obtidos através de testes realizados com diferentes cenários apresentaram que o modelo analítico consegue identificar situações de instalabilidade do link quando trata-se de alta variação na intensidade do sinal recebido e baixa entrega de pacotes. Em seguida, um sistema de controle em rede ISA 100.11a foi desenvolvido para validar o modelo proposto neste trabalho. Os resultados obtidos com a aplicação do modelo no sistema de controle de nível apresentaram valores de erro em regime permanente abaixo do limite máximo predeterminado, enquanto que nos testes de controle que não consideraram o fator de estabilidade dos links o erro ultrapassou o limite.

     


  • Mostrar Abstract
  • Wireless Sensor Networks (WSN) have emerged in the industrial environment with the purpose of increasing flexibility and deploying measurement and actuation elements in hard to reach areas. However, due to the peculiarities of wireless communication in the industrial environment, the use of metrics to evaluate the performance of communication links is crucial. An essential factor in assessing network behavior is the stability of links. The stability is a property, but several studies define the stability model using different parameters of the link. This thesis presents an analytical model of link stability based on received signal strength and packet delivery rate. The results obtained through tests performed with different scenarios showed that the analytical model can identify link installability situations when it comes to high variation in received signal strength and low packet delivery. Then, an ISA 100.11a network control system was developed to validate the model proposed in this work. The results obtained with the application of the model in the level control system presented steady state error values below the predetermined maximum limit, while in the control tests that did not consider the link stability factor the error exceeded the limit.

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  • MISSILENE DA SILVA FARIAS
  • Realimentação de Estados Baseado em Regras Fuzzy Tipo-2 para Servocontrole de Sistemas Não Lineares

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JOSE BEZERRA DE MENEZES FILHO
  • OSCAR GABRIEL FILHO
  • WALLACE MOREIRA BESSA
  • Data: 09/12/2019

  • Mostrar Resumo
  • Muitas pesquisas usam modelos fuzzy T-S para representar com precisão sistemas dinâmicos não lineares. No entanto, o T-S fuzzy torna a implementação do controlador fuzzy mais complexa à medida que a ordem do sistema e as não-linearidades aumentam. Assim, o presente trabalho tem como objetivo superar essas limitações usando um Sistema Baseado em Regras Fuzzy Tipo-2 Intervalar no qual as funções de pertinência e o número de regras podem ser escolhidos livremente, simplificando a implementação da técnica. Para esse fim, é estabelecido um controle de realimentação de estados direto com rastreamento de referência para gerar a ação de controle não linear usando técnicas de compensação paralela distribuída, sem a necessidade de incluir modelos fuzzy T-S para descrever o sistema dinâmico. A estratégia proposta é aplicada a um gerador síncrono e também a um sistema de levitação magnética. A partir dos resultados, verificou-se que o SBRF T2I é capaz de estabilizar os sistemas analisados em diferentes pontos de equilíbrio, com maior desempenho e menor tempo de estabilização, dadas as incertezas no modelo linearizado. De fato, o SBRF T2I provou ser uma maneira adequada de realizar essa tarefa, uma vez que o controle lógico fuzzy em si não depende de um modelo preciso.


  • Mostrar Abstract
  • Many researches use T-S fuzzy models to accurately represent nonlinear dynamic systems. However, T-S fuzzy makes the implementation of fuzzy controller more complex as system order and nonlinearities increase. Thus, the present work is aimed to overcome these limitations by using an Interval Type-2 Fuzzy Rule-Based System in which the membership functions and the number of rules can be freely chosen simplifying the implementation of the technique. To this end, it is established a direct state feedback control with reference tracking to generate the nonlinear control action using parallel distributed compensation techniques with no need to include T-S fuzzy models to describe the dynamic system. The proposed strategy is applied to a synchronous generator and also to a magnetic levitation system. From the results, it was verified that SBRF T2Is are able to stabilize the systems analyzed at different equilibrium points with higher performance and less settling times, given the uncertainties in the linearized model. In fact, the SBRF T2I proved to be a proper way to accomplish this task, because fuzzy logic control itself does not depend on an accurate model.

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  • ISAAC BARROS TAVARES DA SILVA
  • Desenvolvimento de Material Ferrimagnético do Tipo NiFe2O4 para Aplicação em Sistemas de Comunicação de Micro-ondas

  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • IDALMIR DE SOUZA QUEIROZ JÚNIOR
  • JOABSON NOGUEIRA DE CARVALHO
  • JOAO BOSCO LUCENA DE OLIVEIRA
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • MARCELO DAVID SILVA DE MESQUITA
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 16/12/2019

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  • Devido a crescente necessidade de desenvolver novas tecnologias para as comunicações sem fio, as pesquisas envolvendo os dispositivos de comunicação têm se tornado intensas, principalmente nas características de miniaturização e reconfiguração dos dispositivos de irradiação. Neste contexto, este trabalho traz o desenvolvimento de materiais ferrimagnéticos visando sua aplicação em dispositivos de comunicação sem fio. O projeto foi desenvolvido partindo da produção de ferrita de níquel (NiFe2O4) através da Técnica Sol-Gel modificada por RCI. O processo de calcinação foi aplicado para eliminação de compostos orgânicos provenientes da Sol-Gel, bem como para obtenção de partículas de diâmetro relativamente elevado, acima de 300 nm. A temperatura de calcinação foi de 1100 °C, durante dez horas, com rampa de 10 °C/min. O particulado obtido foi caracterizado através da MEV, DRX e EDS. Comportamento magnético do particulado também foi obtido através do levantamento de sua curva de histerese, bem como sua caracterização elétrica através da determinação da obtenção da permissividade complexa. Todas as caracterizações morfológicas foram aplicadas a um estudo envolvendo a eficiência do processo Sol-Gel utilizado de acordo com a variação da concentração de nitratos utilizados para produzir a ferrita de níquel. Esse estudo teve como objetivo principal a verificação de qual concentração de nitratos é mais eficiente para uma produção em grande quantidade, sendo possível constatar, entre os valores utilizados, que a concentração de 120 g/L promove uma produção mais eficiente e com mais qualidade. Posteriormente, um dos dispositivos desenvolvidos se deu a partir da utilização do particulado caracterizado em protótipo de encapsulados de baixa permissividade, utilizando madeira de lei, para sua aplicação como FRA. As madeiras utilizadas foram caracterizadas eletricamente para análise de sua influência junto às partículas de ferrita. O parâmetro coeficiente de reflexão foi determinado e discutido, sendo possível observar o potencial do material produzido na aplicação em DRA. Em seguida, foram confeccionadas pastilhas através de compactação do pó de ferrita por prensa uniaxial a 15 toneladas com ligante propanona, seguidas por aquecimento antes da sinterização. Este processo foi realizado com os mesmos parâmetros de temperatura da produção dos pós, com objetivo de não alterar o tamanho dos grãos. A caracterização elétrica das pastilhas foi realizada para sua aplicação como substrato em antenas de microfita e FRA. A permeabilidade das pastilhas foi estimada com base em trabalhos de caracterização do pó de NiFe2O4. Com a caracterização elétrica, foram realizadas simulações das FRA, em três diferentes tipos de excitação, e antenas propostas no software HFSS, através do método FEM e medições do coeficiente de reflexão para fins de validação dos resultados simulados. Os resultados experimentais se mostraram condizentes com a caracterização e simulações realizadas, chegando a apresentar erro de apenas 0,82% em relação a frequência de ressonância das simulações. O potencial da ferrita de níquel nas aplicações de FRA e como substrato em antenas de microfita é bem evidenciado nas discussões dos resultados, sendo possível expandir sua possibilidade de aplicação a outras áreas da engenharia elétrica.


  • Mostrar Abstract
  • Due the need to develop new wireless technologies, the researches involving communication devices has become intense, mainly in characteristics like device miniaturization and reconfigurability. With this objective, this work presents a proposal for the development of ferrimagnetic compounds aiming their application in wireless communication devices. The project was performed starting at the nickel ferrite (NiFe2O4) through Sol-Gel modified by ICR technique. A calcination process was applied to eliminate organic compounds from Sol-Gel, as the large particle size production, over 300 nm. The calcination was performed at 1100 °C, for ten hours, with 10 °C/min step. The obtained particles were characterized by SEM, XRD and EDS. Magnetic behavior (hysteresis loop) was also obtained, as complex electric permittivity parameter. All performed morphological characterization were applied in a study of Sol-Gel process efficiency, according to nitrate concentration on chitosan matrix. The nitrate concentration was modified to verify which concentration promote better process efficiency, so that 120 g/L concentration could be verified as the more suitable for a high-quality product. Posteriorly, one of the proposed devices was manufactured: ferrite powder encapsulated with low permittivity wood material, aiming FRA application. Electric characterization was performed in all four types of applied woods. Reflection coefficient was determined and discussed. Then, ferrite bulk materials were manufactured using a 15-ton uniaxial press with propanone binding agent, followed by heating process before sintering. This process was performed with same temperature parameters of the powder production, aiming to not change microscopical characteristics. Electric characterization of ferrite bulk was performed and its application as microstrip patch antenna substrate and FRA was verified. Magnetic permeability was estimated based on previous papers characterization of NiFe2O4 powder. With electric characterization, simulations of FRA, with three different types of excitation, and proposed antennas was performed by HFSS software, using FEM method and the reflection coefficient was experimentally determined to validate the simulations. The experimental results presented good agreement with all performed process of production and characterization, reaching a 0.82% error in resonance frequency based on simulated results. The nickel ferrite potential as FRA and microstrip patch antenna is evidenced along the results discussion, being possible to expand the applications possibilities in other electrical engineering fields.

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  • FRANCISCO SALES DE LIMA FILHO
  • Smart Defender: Um sistema de detecção e mitigação de ataques DoS/DDoS usando aprendizagem de máquina

  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • AGOSTINHO DE MEDEIROS BRITO JUNIOR
  • PAULO SERGIO DA MOTTA PIRES
  • GENOVEVA VARGAS-SOLAR
  • PLACIDO ANTONIO DE SOUZA NETO
  • Data: 20/12/2019

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  • O ataque de negação de serviço (DoS), e sua variante distribuída (DDoS), representa um dos riscos mais significativos para a disponibilidade de serviços operando na Internet. Essa ameaça cibernética continua a crescer em todo o mundo, e é prejudicial mesmo com o avanço das tecnologias de proteção de rede. O desenvolvimento de mecanismos que possam detectar e mitigar os impactos do tráfego malicioso gerado por ataques DDoS é um desafio atual na área de segurança de redes, com um impacto direto na vida da população mundial. Este trabalho propõe o sistema Smart Defender como uma abordagem para reduzir o impacto desses ataques. Este sistema é formado por duas ferramentas, o Smart Detection (SD) e o Smart Protection (SP), que operam de maneira integrada e distribuída. O sistema de detecção proposto toma decisões com base em assinaturas preexistentes, usando técnicas de Aprendizagem de Máquina (AM), para classificar o tráfego de rede. O sistema de proteção, por sua vez, aplica regras para controlar o tráfego inútil e mitigar os efeitos do DDoS, considerando as informações compartilhadas pelo sistema de detecção e a política de segurança da rede local. Nos experimentos realizados, foram utilizados modernos conjuntos de dados de referência e testes semi-controlados em laboratório. Os resultados mostram que a solução proposta é capaz de detectar precocemente ataques DDoS com alta taxa de acertos e baixa taxa de alarmes falsos, além de isolar a ameaça no primeiro minuto de ataque.


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  • Denial of service (DoS) attacks, and their distributed variant (DDoS), represents one of the most significant risks to the availability of services operating on the Internet. This cyber threat continues to grow worldwide and is detrimental even as network protection technologies advance. Developing mechanisms that can detect and mitigate the impacts of malicious traffic generated by DDoS attacks is a current challenge in network security, with a direct impact on the lives of the world's population. This paper proposes the Smart Defender system as a solution, consisting of Smart Detection (SD) and Smart Protection (SP) tools that operate in an integrated and distributed manner. The proposed detection system makes inferences based on pre-existing signatures using Machine Learning (ML) techniques to classify network traffic. The protection system, in turn, applies rules to control useless traffic and mitigate the effects of DDoS, considering the information shared by the detection system and the security policy of the local network. In the experiments performed, modern reference data sets and semi-controlled laboratory environment tests were used. The results show that the proposed solution is capable of early detection of high hit rate and low false alarm rate DDoS attacks, as well as isolating the threat in the first minute of attack.

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  • ANDERSON COSTA SILVA DOS SANTOS
  • Sistema para auxílio em instalação e manutenção de redes industriais sem fio com foco em controle

  • Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • DANIEL LOPES MARTINS
  • DANIELLE SIMONE DA SILVA CASILLO
  • JORGE DANTAS DE MELO
  • Data: 27/12/2019

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  • Nos dias atuais, a comunicação sem fio tem despertado interesse e está se tornando uma tendência nos ambientes industriais. Em parte, esse interesse se deve às facilidades de implantação e manutenção desse tipo de rede, que dispensam projetos sofisticados e execução de obras de implantação de cabos, que em ambiente industrial muitas vezes têm custos proibitivos, além de permitir a criação de aplicações que não eram possíveis com as tecnologias legadas. Apesar dos benefícios diretos, desafios técnicos (confiabilidade, autonomia de recursos energéticos, interferência do ambiente) e culturais se apresentam como os principais pontos negativos para a implantação de redes industriais em larga escala na indústria. Pensando em diminuir esses problemas, esta tese vem apresentar um sistema com modelagem multiobjetivo para auxílio em instalação e manutenção de dispositivos - tanto sensores quanto atuadores - em redes industriais sem fio, possibilitando a utilização de controladores nessas redes, com ênfase especialmente nos padrões WirelessHART e ISA100.11a, que se apresentam como os mais promissores para solução de redes industriais sem fio.

     


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  • Nowadays, wireless communication has aroused interest and is a tendency in industry environments. In part this interest is due to the ease of deployment and maintenance of this network, which dispenses sophisticated designs and execution of works of deploying cables, which in industrial environment often prohibitively expensive, and enabling the addition of new applications when compared to their wired counterparts. Despite its high degree of applicability, a wireless network faces some technical (reliability, energy consumption, environment interference) and cultural challenges present as the main negative points for the deployment of large-scale industrial networks in the industry. To reduce some these problems, this work presents a system with multiobjective modeling to aid installation and maintenance of devices - sensors and actuators - in industrial wireless networks, allowing the use of controllers in these networks, with emphasis on WirelessHART and ISA100.11a standards, which presents themselves as the most promising solution for industrial wireless networks.

2018
Dissertações
1
  • BRUNO SÁTIRO DA SILVA
  • Superfícies Seletivas em Frequência Complementares (CFSS) – Conceito e Projeto

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALFREDO GOMES NETO
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
  • Data: 24/01/2018

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  • As comunicações sem fio são parte integrante da sociedade moderna, possuindo papel fundamental no processo de globalização e desenvolvimento tecnológico. Para tal, diversas pesquisas são realizadas afim de obter uma constante otimização desse tipo de comunicação, sendo o estudo em Superfícies Seletivas em Frequência (FSS, Frequency Selective Surface) uma área bastante abordada há mais de quatro décadas devido ao seu largo espectro de funcionalidades na área de telecomunicações. Com a evolução da tecnologia, novas exigências surgem a cada dia com respostas mais específicas para cada aplicação, com isso, as FSSs precisam ser modeladas para atender os mais diversos requisitos. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta um tipo específico de FSS com características bastante interessantes para os sistemas modernos de comunicação, as Superfícies Seletivas em Frequência Complementares (CFSS, Complementary Frequency Selective Surface). Devido às suas características relevantes como comportamento multi-banda, alta seletividade nas faixas de passagem e grande estabilidade angular, as CFSSs podem ser utilizadas em uma gama de aplicações, com ênfase para aeronaves, radomes e satélites. Como parte desse trabalho ainda serão propostas e analisadas novas geometrias para CFSS, comparando-se os resultados simulados com os de protótipos construídos e indicando possíveis aplicações.


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  • Wireless communication is an integral part of modern society, having fundamental role in the process of globalization and technological development. Therefore, several researches are carried out in order to achieve constant optimization in this area. Frequency Selective Surfaces (FSS) have been approached for decades because of its telecommunications functionalities. Due to evolution of technology, new demands arise every day with specific answers for each application, thus, the FSSs need to be modeled to meet the most diverse requirements. In this context, the present work aims to show a specific model of FSS. The Complementary Frequency Selective Surfaces (CFSS) have very interesting characteristics for modern communication systems, such as multi-band frequency behavior, high selectivity in transmission bands and great angular stability, being useful in a wide range of applications, such as aircrafts, radomes and satellite communication. As part of this work, new unit-cell geometries for CFSS will be proposed and analyzed, comparing the simulated results with those of constructed prototypes and indicating possible applications.

2
  • WINNIE DE LIMA TORRES
  • Detecção de Desvios Vocais Utilizando Modelos Auto Regressivos e o Algoritmo KNN
  • Orientador : ALDAYR DANTAS DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALDAYR DANTAS DE ARAUJO
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • ADEMAR GONÇALVES DA COSTA JÚNIOR
  • Data: 30/01/2018

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  • Alguns campos da ciência propõem-se a estudar distúrbios no trato vocal a partir de análises sobre padrões de vibração da voz. Em geral, a importância destas pesquisas está na identificação, em uma fase mais específica, de doenças de maior ou menor gravidade, a serem sanadas com terapia vocal ou que requerem maior atenção, gerando inclusive a necessidade de procedimentos cirúrgicos para o seu controle. Embora, já exista na literatura indicações de que o processamento digital de sinais permite diagnosticar, de um modo não invasivo, patologias laríngeas, como doenças vocais que ocasionem edema, nódulo e paralisia, não existe definição do método mais indicado e das características ou parâmetros mais adequados para detectar a presença de desvios vocais. Sendo assim, neste trabalho é proposto um algoritmo para detecção de desvios vocais através da análise de sinais de voz. Para a realização deste trabalho, utilizou-se dados constantes no banco de dados Disordered Voice Database, desenvolvido pelo Massachusetts Eye and Ear Infirmary (MEEI), devido sua utilização em pesquisas na área acústica de voz. Foram utilizados 166 sinais contidos nesta base de dados, com sinais de vozes saudáveis e de vozes patológicas afetadas por edema, por nódulo e por paralisia nas pregas vocais. A partir dos sinais de voz, foram gerados modelos Auto Regressivos (AR e ARMA) para representação destes sinais e, utilizando os parâmetros dos modelos obtidos, foi utilizado o algoritmo KNN para a classificação dos sinais analisados. Com o intuito de analisar a eficiência do algoritmo proposto neste estudo, os resultados obtidos deste algoritmo foram comparados com um método de detecção considerando apenas distância euclidiana entre os sinais. Os resultados encontrados apontam que o método proposto neste trabalho apresenta um bom resultado, gerando uma taxa de acerto na classificação acima de 71% (maior que os 31% a partir do uso da distância euclidiana). Além disto, o método utilizado é de fácil implementação, podendo ser utilizado em hardwares mais simples. Logo, essa pesquisa tem potencial para gerar um classificador barato e acessível para utilização em larga escala por profissionais de saúde como uma alternativa de pré análise não invasiva para detecção de patologias otorrinolaringológicas que afetem a voz.


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  • Some fields of science propose to study disorders in the vocal tract from analyzes on patterns of vibration of the voice. In general, the importance of these researches is to identify, in a more specific stage, diseases of greater or lesser severity, to be healed with vocal therapy or that require more attention, even generating the need for surgical procedures for its control. Although there are already indications in the literature that digital signal processing allows non-invasive diagnosis of laryngeal pathologies, such as vocal diseases that cause edema, nodule and paralysis, there is no definition of the most indicated method and the most characteristic features or parameters to detect the presence of vocal deviations. Thus, in this work an algorithm is proposed for the detection of vocal deviations through the analysis of speech signals. To perform this work, we used constant data in the database Disordered Voice Database, developed by the Massachusetts Eye and Ear Infirmary (MEEI), due to its use in research in the acoustic area of voice. We used 166 signals contained in this database, with signs of healthy voices and pathological voices affected by edema, nodule and paralysis in the vocal folds. From the voice signals, Auto Regressive models (AR and ARMA) were generated to represent these signals and, using the parameters of the obtained models, the KNN algorithm was used to classify the analyzed signals. In order to analyze the efficiency of the algorithm proposed in this study, the results obtained from this algorithm were compared with a detection method considering only Euclidean distance between the signals. The results show that the method proposed in this work presents a good result, generating a rating rate above 71% (greater than 31% from the use of Euclidean distance). In addition, the method used is easy to implement and can be used in simpler hardware. Therefore, this research has the potential to generate an inexpensive and affordable classifier for large-scale use by health professionals as a non-invasive pre-analysis alternative for the detection of otorhinolaryngological pathologies that affect the voice.

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  • PEDRO YOCHINORI GUSHIKEN
  • Adaptação de Segundo Nível como Técnica de Estimação de Parâmetros e sua Aplicação ao Controle Adaptativo por Modelo de Referência

  • Orientador : ALDAYR DANTAS DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALDAYR DANTAS DE ARAUJO
  • JOSENALDE BARBOSA DE OLIVEIRA
  • FRANCISCO DAS CHAGAS DA SILVA JÚNIOR
  • Data: 31/01/2018

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  • O controle adaptativo é usado quando há incertezas paramétricas no sistema a ser controlado. Há duas estratégias: a direta e a indireta. No controle adaptativo direto os parâmetros do controlador são estimados em tempo real. No controle adaptativo indireto os parâmetros da planta são estimados em tempo real através de um modelo de identificação e com estas estimativas calculam-se os parâmetros do controlador. Modelos de identificação tais como os modelos paralelo, série-paralelo e por regressão linear podem ser usados. Há vários métodos de estimação para atualização dos parâmetros que são aplicáveis ao controle adaptativo indireto tais como o método dos mínimos quadrados e o método do gradiente normalizado. Neste contexto um novo método de estimação de parâmetros foi proposto, conhecido como adaptação de segundo nível. Na adaptação de segundo nível, as estimativas dos parâmetros da planta são obtidas por combinações convexas dos parâmetros de múltiplos modelos de identificação. Os coeficientes destas combinações convexas são por sua vez estimados, como um segundo nível de adaptação. Neste trabalho mostramos a adaptação de segundo nível para o caso de uma planta de ordem 1, para o caso de uma planta de ordem n onde apenas a entrada e a saída da planta estão disponíveis para medição (SISO) e para o caso de uma planta de ordem n com p entradas e vetor de estado disponível para medição (MIMO). Propomos uma modificação na lei adaptativa da adaptação de segundo nível. Em todos os casos verificamos por simulação que as estimativas obtidas pela adaptação de segundo nível convergem muito mais rapidamente para os valores corretos que as estimativas obtidas por modelos de identificação individuais e que a modificação proposta aumenta a velocidade e suaviza a convergência das estimativas. Finalmente, aplicamos a adaptação de segundo nível com base em modelos de identificação por regressão linear atualizados pelo método do gradiente normalizado ao problema do controle adaptativo por modelo de referência (MRAC) de uma planta SISO de grau n e grau relativo unitário. Demonstramos a estabilidade do sistema em malha fechada. Resultados de simulação mostram que o sinal de controle gerado com adaptação de segundo nível produz melhores resultados de rastreamento do modelo de referência comparado aos modelos de identificação individuais.


  • Mostrar Abstract
  • Adaptive control is used when there is parametric uncertainty in the controlled system. There are two distinct strategies: direct and indirect. Direct adaptive control estimates the controller parameters in real time. In indirect adaptive control the plant parameters are estimated in real time through an identification model and these estimates are used to calculate the controller parameters. There are several identification models that can be used such as parallel, series-parallel and linear regression models. There are several parameter estimation methods that can be used to update these models that are suitable to be used in conjunction with indirect adaptive control such as the least squares method and normalized gradient method. In this context a new method for parameter estimation based on multiple identification models was recently proposed, known as second-level adaptation. In second level adaptation the estimates of the plant parameters are obtained by convex combinations of the estimates from multiple identification models. The coefficients for these convex combinations are also estimated, as a second level of adaptation. In this dissertation we demonstrate the concept of second level adaptation as a parameter estimation method for the case of a plant of degree unity, the case of a plant of degree n with single input and output available for measurement (SISO) and the case of a plant of degree n with p inputs whose state vector is available for measurement (MIMO). We propose a modified form of the adaptive law for second level adaptation. In all cases simulation studies show that the estimates reach their true values faster with second level adaptation compared to individual identification models and that the proposed modification is even faster and also smoother in this regard. Finally, we apply second level adaptation based on linear regression identification models updated through the normalized gradient method to the problem of model reference adaptive control(MRAC) of a degree n SISO plant with relative degree one. The closed-loop stability of the system is demonstrated. Simulation results show that the control signal generated with second level adaptation yields better results of model reference tracking compared to individual identification models.

4
  • ISAAC DANTAS ISIDÓRIO
  • Controle Adaptativo por Posicionamento de Polos e Estrutura Variável para Supressão do Caos no Sistema de Lorenz

  • Orientador : ALDAYR DANTAS DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALDAYR DANTAS DE ARAUJO
  • CAIO DORNELES CUNHA
  • ODAILSON CAVALCANTE DE OLIVEIRA
  • Data: 31/01/2018

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  • Destacam-se dois métodos principais para o projeto de controladores adaptativos: o controle adaptativo por modelo de referência (MRAC) e o controle adaptativo por posicionamento de polos (APPC). No MRAC, um modelo de referência é escolhido para gerar uma trajetória, a qual deve ser seguida pela saída da planta a ser controlada. Este tipo de projeto pode envolver o cancelamento dos zeros da planta, não sendo aplicável a plantas de fase não-mínima. O APPC, por sua vez, é considerado o tipo mais geral de controle adaptativo,
    apresentando uma metodologia de projeto para o controlador e lei de adaptação bastante flexíveis, além de não envolver o cancelamento de zeros e polos da planta. Uma combinação destes métodos adaptativos convencionais, que utilizam leis de adaptação integrais, com sistemas de estrutura variável (VSC) baseados em leis chaveadas, permite agregar rapidez no transitório e robustez a distúrbios e variações paramétricas.
    Nesse contexto, baseado em uma classe de esquemas de controle por posicionamento de polos (PPC), surge o controle adaptativo por posicionamento de polos e estrutura variável (VS-APPC). Aqui, assim como no APPC, a lei de controle é gerada para o caso com parâmetros (coeficientes da função de transferência) conhecidos, substituindo estes por suas estimativas. O processo de estimação identifica o método adaptativo utilizado, de modo que o APPC utiliza leis integrais ao passo que o VS-APPC faz uso de leis chaveadas. Neste trabalho é proposto, baseado na teoria de controle adaptativo por posicionamento de polos e estrutura variável, um sistema de controle capaz de controlar o fenômeno do caos no sistema de Lorenz, utilizando apenas as medições das variáveis de saída e entrada da planta. Os parâmetros do sistema são considerados desconhecidos e é considerada a presença de distúrbio na entrada do sistema. É demonstrado que no sistema em malha fechada a variável de saída segue a trajetória de referência e o vetor de estado converge para o estado de equilíbrio, apresentando um bom comportamento transitório e robustez a incertezas paramétricas, como também, na presença de distúrbios na entrada da planta.


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  • Two main methods highlight for the design of adaptive controllers: the model reference adaptive control (MRAC) and the adaptive pole placement control (APPC). In MRAC, a reference model is chosen to generate a trajectory, which must be followed by the output of the plant to be controlled. This type of project may involve cancellation of the plant zeros, not applicable to non-minimum phase plants. APPC, in turn, is considered the most general type of adaptive control, presenting a design methodology for the controller and adaptation law quite flexible, besides not involving  plant zero-pole cancellations. The combination of the conventional adaptive methods, that use integral adaptive laws, with variable structure systems (VSC) based in switching laws, allows to aggregate fast transient and robustness to disturbances and parametric uncertainties. In this context, based on a class of pole placement control schemes (PPC), the variable structure adaptive pole placement control (VS-APPC) arises. Here, such as in APPC, the control law is generated for the case with known parameters (transfer function coefficients), replacing them by their estimates. The estimation process identifies the adaptive method used, so that APPC uses integral laws while the VS-APPC makes use of switching laws. In this work is proposed, based on the variable structure adaptive pole placement control theory, a control system able to control the chaos phenomenon in Lorenz system, using only the measured plant's output and input variables. The parameters of system are considered unknown and is considered the disturbance presence in input system. It is shown that in closed-loop system, the output tracks the reference trajectory and the state vector converges to the equilibrium state, presenting good transient behavior and robustness to the parametrics uncertainties as also in presence of disturbance in input plant.


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  • HUGO RAFAEL GONÇALVES CAVALCANTE
  • Aquisição de frequência em sinais de satélites de baixa órbita por meio do critério da máxima correntropia.

  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • ALUISIO IGOR REGO FONTES
  • JOSÉ MARCELO LIMA DUARTE
  • Data: 16/02/2018

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  • Satélites de baixa órbita (LEO) se deslocam a altíssimas velocidades e são capazes de circunscrever o planeta por diversas vezes em um mesmo dia. Os ambientes muito dinâmicos induzem valores consideráveis de deslocamento Doppler e aceleração Doppler nos sinais de comunicações espaciais, o que é conhecido como deslocamento Doppler dinâmico. Estabelecer comunicação com esses sistemas é uma processo de múltiplas tarefas e, devido ao deslocamento Doppler dinâmico, uma das mais críticas é a aquisição fina da frequência da portadora. Diversos trabalhos já investigaram técnicas de estimação de frequência de sinais de satélite considerando ambientes de comunicação caracterizados pelo ruído aditivo Gaussiano branco (AWGN). Entretanto, os efeitos do ruído impulsivo também devem ser considerados em uma caracterização mais fiel do cenário de comunicação dos satélite LEO. Este trabalho introduz um novo método de aquisição de frequência para satélites de baixa órbita baseado no cálculo de similaridade obtido com o critério de máxima correntropia. A correntropia se mostra muito eficiente no processamento de sinais não-gaussianos, especialmente em ambientes de ruído impulsivo. Foi investigada a robustez da técnica proposta neste trabalho em um ambiente de comunicação caracterizado pelo ruído impulsivo, e comparamos o seu desempenho com o obtido por abordagens clássicas, baseadas no critério de erro médio quadrado. O método de aquisição fina da frequência da portadora de satélites LEO proposto neste trabalho pode ser usado no desenvolvimento de um decodificador completo para sinais do Sistema Brasileiro de Coleta de Dados Ambientais (SBCDA) e o sistema Franco-Americano de coleta de dados ambientais (ARGOS).


  • Mostrar Abstract
  • Low-earth orbit (LEO) satellites move at very high speeds and can circumscribe the planet several times in a single day. These high dynamics environments induce considerable Doppler shift and Doppler rate values in spatial communications signals, which is known as dynamic Doppler shift. Establishing communication with these systems is a multi-task process and, due to the dynamic Doppler shift, a critical task is the fine acquisition of the carrier frequency. Several studies have investigated frequency estimation techniques of satellite signals, considering communication environments characterized by additive white Gaussian noise (AWGN). However, the effects of impulsive noise should also be considered in a more accurate characterization of the LEO satellite communication scenario. This work introduces a new method of frequency acquisition for low-orbit satellites based on similarity calculus by maximum correntropy criterion. Due to some of its properties, correntropy is very efficient in the processing of non-Gaussian signals, especially in impulsive noise environments. It was investigated the robustness of the technique proposed in this work on a communication environment characterized by impulsive noise, and compare its performance with that obtained by a classical approach, based on the correlation coefficient. The carrier frequency acquisition method for LEO satellites proposed in this work can be used in the development of a decoder for signals from the Brazilian Environmental Data Collection System (SBCDA) and Franco-American Envi-ronmental Data Collection System (ARGOS).

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  • RAFAEL FERREIRA ALVES DE ASSIS
  • Projeto de um Anemômetro Térmico Baseado em Termistor NTC com Modelo Linearizado por Realimentação

  • Orientador : SEBASTIAN YURI CAVALCANTI CATUNDA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
  • JUAN MOISES MAURICIO VILLANUEVA
  • SEBASTIAN YURI CAVALCANTI CATUNDA
  • Data: 01/06/2018

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  • A medição de velocidade ou vazão volumétrica de escoamentos de fluidos em regime laminar ou turbulento encontram várias aplicações na engenharia. Assim, pesquisas científicas para o desenvolvimento de arquiteturas e técnicas de medição para essas grandezas são de grande relevância e se encontram em constante expansão. Dentre as arquiteturas existentes para aplicações anemométricas em um regime de escoamento indistinto, a térmica denota diversas vantagens como excelente largura de banda, resolução espacial e baixo custo. Essa é formada basicamente por um termistor conectado em um dos braços de uma ponte de Whetstone modificada. Embora detenha simples configuração, ela possui algumas limitações impostas pela relação não linear entre a temperatura a grandeza aplicada ao sensor. Além disso, contribui como um limitante não idealidades do amplificador operacional que compõe a arquitetura. Diante disso, propõe-se o projeto e a implementação de uma arquitetura de anemômetro térmico com linearização da relação com a temperatura por realimentação de tensão e empregando  um sensor termorresistivo do tipo NTC. Promovem-se também comparações entre o clássico anemômetro e o preconizado neste trabalho. Para tanto, a validação da arquitetura proposta é conduzida através de simulações, bem como comparação experimental com clássica e outro instrumento


  • Mostrar Abstract
  • The velocity or volumetric flow measurement of laminar or turbulent flow meet various engineering applications. Thus, scientific research for the development of architectures and measurement techniques for these quantities is of great relevance and is constantly expanding. Among the existing architectures for anemometric applications in an indistinct flow regime, thermal anemometers denotes several advantages such as excellent bandwidth, spatial resolution and low cost. This is basically a thermistor connected to one of the arms of a modified Whetstone bridge. Although it has simple configuration, it has some limitations imposed by the non-linear relation between the temperature and the quantity applied to the sensor. In addition, it contributes as a limiting non-ideality of the operational amplifier that makes up the architecture. Therefore, it is proposed the design and implementation of a thermal anemometer architecture with linearization of the relation with the temperature by voltage feedback and using a thermoresistive sensor of the NTC type. We also promote comparisons between the classic anemometer and the one proposed in this work. For this, the validation of the proposed architecture is conducted through simulations, as well as experimental comparison with classical and other instrument

7
  • CARLOS EDUARDO DE BARROS SANTOS JÚNIOR
  • Proposta de implementação dos algoritmos de hash MD5 e SHA-1 em hardware reconfigurável

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIANO MAURO CANSIAN
  • CARLOS EDUARDO DA SILVA
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • VALENTIN OBAC RODA
  • Data: 20/06/2018

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  • Este trabalho tem como objetivo propor dois hardwares de aplicação específica (Application Specific System Processor, ASSP), sendo um para o algoritmo MD5 e o outro para o algoritmo SHA-1, implementados em um Field Programmable Gate Array (FPGA) Xilinx Virtex 6 xc6vlx240t-1ff1156. A vazão dos dados (throughput) e a área ocupada foram analisados para várias implementações em instâncias paralelas dos algoritmos. Os resultados mostraram que o hardware proposto para o MD5 alcançou um throughput de 0,8 Gbps para uma única instância e um pouco maior que 140 Gbps para 320 instâncias em um único FPGA. Já para o algoritmo SHA-1 alcançou um throughput de 0,644 Gbps para uma única instância e um pouco maior que 28 Gbps para 48 instâncias em um único FPGA. Várias aplicações como, recuperação de senha, validação de senha e verificação de integridade de grande volume de dados podem ser executadas de forma eficiente e rápida com um ASSP para o MD5 e para o SHA-1. Este trabalho também apresenta uma análise comparativa do consumo de energia associado a execução dos algoritmos MD5 e SHA-1 para três plataformas de hardware distintas, sendo um micro-processador (uP) de 8 bits, um uP de 32 bits e os hardwares de aplicação específica projetados para cada algoritmo. Resultados de estimativa de consumo a partir do tempo de processamento (medidos em laboratório) mostram que a utilização de hardwares dedicados apresenta ganhos significativos de economia de energia.


  • Mostrar Abstract
  • This work proposes two Application Specific System Processor (ASSP), one to the MD5 algorithm and other to the SHA-1 algorithm implemented on Field Programmable Gate Array (FPGA) Xilinx Virtex 6 xc6vlx240t-1ff1156. The throughput and the occupied area were analyzed for several implementations on parallel instances of those algorithms. The results showed that the hardware proposed for MD5 achieved a throughput of 0.8 Gbps for a single instance and slightly more than 140 Gbps for 320 instances in a single FPGA. Already for the SHA-1 algorithm, it has achieved a throughput of the 0.644 Gbps for a single instance and a little more than 28 Gbps for 48 instances on a single FPGA. Several applications such as password recovery, password validation, and high volume data integrity checking can be performed efficiently and quickly with an ASSP for MD5 and SHA-1. This work also presents a comparative analysis of the energy consumption associated with execution of the MD5 and SHA-1 algorithms for three different hardware platforms, a microprocessor (uP) of 8 bits and 32 bits and the specific application hardware designed for each algorithm. Results of consumption estimation from the processing time (measured in the laboratory) show that the use of dedicated hardware presents significant gains in energy savings.

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  • TAIANE VIANA DE CARVALHO
  • Segmentação de imagens por texturas através de um método de agrupamento de dados.
  • Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AGOSTINHO DE MEDEIROS BRITO JUNIOR
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • ALUISIO IGOR REGO FONTES
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • Data: 28/06/2018

  • Mostrar Resumo
  • Devido ao grande avanço tecnológico, utiliza-se cada vez mais o computador nas tarefas de extração de informações de imagens para auxiliar na solução de diversos problemas práticos. Uma das etapas principais e mais complexas em processamento de imagens é a segmentação. Este trabalho apresenta uma nova técnica de segmentação de imagens, baseado em suas texturas, através da aplicação de um método de agrupamento de dados. Esse método é composto por um conjunto de técnicas distintas e dividido em duas etapas. A primeira etapa usa quantificação vetorial para agrupar o conjunto de dados (pixeis) em clusters auxiliares e a segunda agrupa os clusters auxiliares que possuem mais similaridade em um único cluster que representará uma  das textura da imagem. O principal diferencial dessa proposta é o uso da medida Quadratic Renyi’s Negentropy Separation para criar uma estrutura hierárquica entre os clusters encontrados. A validação do método é realizada com diferentes imagens e é comparado o seu desempenho com outros métodos de segmentação propostos na literatura.


  • Mostrar Abstract
  • Due to the great technological advance,  the computer is increasingly being used to extract information in images. Segmentation is one of the most main and complex process in  image processing. This paper presents a new technique of images automatic segmentation based on textures through a clustering application method. This method is composed of a set of distinct techniques and divided into two steps. The first step uses vector quantization to group the data set (pixels) in auxiliary centers and the second step group the auxiliary centers that have more common properties in a single group.  The main differential of this proposal is the use the method Quadratic Renyi’s Negentropy Separation (QRNS) which creates a hierarchical structure between  groups found. Validation of the method is performed with different images and its performance compared to other methods.

     

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  • CAMILA NASCIMENTO DOS SANTOS
  • Sistema de Processamento de Imagens para auxilio na obtenção de Funções de Transferência

  • Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • AGOSTINHO DE MEDEIROS BRITO JUNIOR
  • ALUISIO IGOR REGO FONTES
  • Data: 28/06/2018

  • Mostrar Resumo
  • Os diagramas de fluxo de sinal são grafos direcionados usados na teoria de sistemas de controle, para representar a relação causal entre componentes do sistema, em que seus nós e arestas representam sinais e funções de transferência, respectivamente. Para calcular o ganho final de um diagrama, os estudantes e profissionais dessa área usam a Fórmula de Mason. Este método requer que o usuário encontre todos os caminhos diretos e \emph{loops} existentes no grafo. Assim, um dos principais problemas nesta aplicação é o fato de que para diagramas complexos é muito comum perder algum caminho, resultando em um ganho do sistema errado.

    Sendo assim, este trabalho descreve o desenvolvimento e implementação de um sistema de processamento de imagem, em que inicialmente é passado a imagem de um diagrama de fluxo de sinal desenhado à mão e então ele retorna todos os caminhos presentes e ganho final. Este sistema visa auxiliar alunos e profissionais a realizar este calculo corretamente, sem perder um caminho.


  • Mostrar Abstract
  • Several daily activities utilize complex control systems. Many of these require the users, skill and time for their representation. These systems can be modeled and represented in the form of signal flow diagrams to represent the causal relationship between their components. One method used to calculate the equivalent Transfer Function (FT) of a diagram is the Mason Formula. This requires that all paths be found, and if this does not happen, the calculated final FT is incorrect. 
    The objective of this work was to describe an image processing system, which is able, from a hand drawn diagram, to obtain the final transfer function more efficiently. Where from a hand-drawn signal flow diagram, a directed graph is automatically obtained, which represents the drawing with all the direct paths and loops present. The developed tool was shown to be able to help students and professionals correctly calculate the final FT for a given diagram, following the proposed conditions.
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  • WERBET LUIZ ALMEIDA DA SILVA
  • Automação de uma Planta Piloto para Estimação de Vazão em Poços Injetores Multizonas a Partir de Perfís de Temperatura.

  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • CARLA WILZA SOUZA DE PAULA MAITELLI
  • JEFFERSON DOOLAN FERNANDES
  • Data: 29/06/2018

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  • Uma planta piloto foi construída no Laboratório de Avaliação de Medição em Petróleo (LAMP) para avaliar os métodos de estimação da distribuição de vazão em poços através de modelos de transmissão de calor em poços. Neste trabalho, prestende-se densenvolver um sistema de automação constituído de uma estrutura de sensores, elementos de acionamento e um software de monitoramento, visando controlar as variáveis necessárias para a simulação do processo de injeção de água em poços multizonas. Serão utilizados sensores de vazão, nível e temperatura, além de atuadores como válvulas e bombas, conectados a um controlador lógico programável da WEG, modelo: TPW03 60HT-A, que será responsável pela concentração dos dados e comunicação com um supervisório implementado em Elipse SCADA. Essa estrutura permitirá a aquisição dos dados necessários para a avaliação do método de estimação de vazão a partir de medições de temperaturas ao longo da coluna de injeção simulada. Os sensores de vazão permitirão a comparação dos valores medidos e estimados com o modelo matemático. Pretende-se realizar adequações à estrutura inicialmente projetada e repetir as experiências visando diminuir a incerteza de medição obtida em testes anteriores.


  • Mostrar Abstract
  • A pilot system was built at the Laboratório de Avaliação de Medição em Petróleo (LAMP) to evaluate estimation methods of flow distribution in wells by heat transmission models. In this work, it is intended to develop an automation system with a sensor structure, actuators and a monitoring software, to control the variables needed to the process simulation of water injection in multizones. Equipment to be used: flow, level and temperature sensors, and actuators like valves and pumps, all connected to a programmable logic controller by WEG, model: TPW03 60HT-A, that will be able to concentrate the data and communicate with a monitoring system implemented in Elipse SCADA software. This structure will acquire data to evaluate the flow estimation method from temperature measurements throughout the simulated injection tubing. The flow sensors will allow the comparison of the measured and estimated values with the mathematical model. It's intended to make adjustments in the original designed structure and to repeat the experiments in order to reduce the measurement uncertainty obtained in previous tests.
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  • ANDRÉ LUIZ AGUIAR SOUSA
  • Sistema Fuzzy Multivariável Aplicado ao Controle da Composição do Gás Liquefeito de Petróleo

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • JOSE MEDEIROS DE ARAUJO JUNIOR
  • Data: 02/07/2018

  • Mostrar Resumo
  • No presente trabalho, propõe-se o desenvolvimento de um controlador fuzzy multivariável aplicado ao controle de uma planta simulada de processamento de gás natural, composta de duas colunas de destilação: uma coluna deetanizadora e uma coluna debutanizadora. Nesse processo, o produto de fundo da deetanizadora, conhecido como Gás Natural de Liquefeito, é fornecido à coluna debutanizadora, onde é fracionado. Os componentes mais leves são evaporados dando origem ao Gás Liquefeito de Petróleo, enquanto as frações mais pesadas, denominadas de C5+, continuam no estado líquido. Idealmente, o GLP é composto apenas por butanos e propanos, porém na prática isso não acontece, pois sempre há a presença de contaminantes, como resíduos de cadeias carbônicas de etano que deixam a coluna deetanizadora e pentano que é evaporado e misturado ao produto de topo da coluna debutanizadora. A proposta desse trabalho é regular as frações molares dessas substâncias contaminantes no Gás Liquefeito de Petróleo, por meio da geração dinâmica de set points para os controladores presentes camada da instrumentação conhecida como controle regulatório. Para isso, será projetado um controlador fuzzy para ajustar as frações molares de etano e outro para a ajustar a fração de i-pentano. Em seguida, será demonstrado que não é adequado o controle isolado desses contaminantes devido ao fato do processo ser multivariável. Por fim, será proposto um controlador fuzzy multivariável para ajustar simultaneamente as quantidades de etano e i-pentano levando em consideração o acoplamento entre as malhas do processo. As colunas deetanizadora e debutanizadora foram simuladas no software de simulação de processos químicos HYSYS(R), projetada com características reais de duas colunas presentes na Unidade de Processamento de Gás Natural, localizada no município de Guamaré-RN.


  • Mostrar Abstract
  • In the present work, artificial intelligence techniques were applied in a simulated natural gas processing plant, composed of two distillation columns, a deethanizer column and a debutanizer column. In this process, the background product of the deethanizer, known as LGN, is supplied to the debranching column, where it is fractionated. The lighter components are evaporated giving rise to LPG (Liquefied Petroleum Gas), while the heavier fractions, denominated of C5+, remain in the liquid state. Ideally, LPG is composed only of butane and propane, but in practice this is not the case, since contaminants such as pen- tane and ethane are always present. In this work it is proposed to simultaneously regulate the amount of pentane and ethane in the LPG composition by means of the dynamic gene- ration of set points (SP) for the present controller’s layer of the instrumentation known as regulatory control. For this, a multivariate fuzzy system is used that will adjust the values of these SPs, from the comparison of the molar fraction of pentane and ethane present at the exit of the plant (LPG) and its desired quantities. The columns were simulated in the HYSYS® chemical process simulation software designed with real characteristics of the columns present in the Natural Gas Processing Unit, located in the municipality of Guamaré-RN.

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  • FÁBIO RICARDO DE LIMA SOUZA
  • Identificação e Controle de Sistemas Dinâmicos utilizando Redes Neuro-Fuzzy-Wavelet

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JOSE MEDEIROS DE ARAUJO JUNIOR
  • Data: 03/07/2018

  • Mostrar Resumo
  • A modelagem matemática é uma tarefa de vital importância para o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, seu objetivo é obter uma descrição matemática de um fenômeno real. Independente de sua natureza, os sistemas reais precisam ser estudados e sua dinâmica deve ser conhecida para que seu funcionamento se dê como desejado. A forma clássica de obter uma representação matemática é através da análise das leis físicas que regem os sistemas. No entanto, devido a complexidade desses é, muitas vezes, difícil ou impossível seguir por esse caminho. Uma alternativa é a identificação de sistemas. A identificação de sistemas dinâmicos tem como objetivo obter uma representação matemática do comportamento de um sistema com base em dados de entrada e saída do mesmo. Os sistemas dinâmicos reais são, em última análise, não lineares. Em algumas aplicações, as aproximações lineares são suficientes. Entretanto, quando as representações lineares não expressam a dinâmica do processo da forma necessária, é preciso utilizar um modelo não linear. Nas últimas décadas, as redes neurais têm se estabelecido como uma das principais ferramentas para a identificação de sistemas dinâmicos não lineares, pois essas possuem características que as tornam atrativas para a identificação, como a não linearidade e a capacidade de generalização e aprendizado. De posse de um modelo que represente de forma satisfatória a dinâmica de um sistema, esse pode ser utilizado para aplicações como controle, predição, inferência, entre outros. O presente trabalho aplica uma Fuzzy Wavelet Neural Network na identificação de sistemas dinâmicos não lineares. Essa técnica híbrida combina as características de multirresolução da teoria wavelet com a capacidade de aprendizado e generalização das redes neurais e a capacidade de tratar incertezas da lógica fuzzy. O modelo obtido será utilizado para a sintonização de um controlador PID. No decorrer do trabalho, serão apresentados os conceitos e técnicas necessárias para a realização da identificação e da sintonização do controlador. Os resultados obtidos atestam a eficiência da técnica adotada.


  • Mostrar Abstract
  • Mathematical modeling is a task of vital importance for the development of science and technology, since its objective is to obtain a mathematical description of a real phenomenon. Regardless of their nature, real systems need to be studied and their dynamics must be known in order for their functioning to take place as desired. The classical way of obtaining a mathematical representation is by analyzing the physical laws governing systems. However, in this case, in addition, they are (often) difficult or even impossible to follow this path, and a plausible alternative is the identification of systems. The identification of dynamic systems aims to obtain a mathematical representation of the dynamics of a system based on input and output data. Real dynamic systems are ultimately nonlinear. In some applications, as linear approximations are sufficient, however, when linear representations do not express a dynamic process, it is necessary to use a nonlinear model. In the last decades, as neural networks have been installed as one of the main tools for an identification of nonlinear dynamic systems, as they have characteristics that make them attractive for identification, due to nonlinearity and generalization and learning. From the possession of a model that satisfactorily represents the dynamics of a system, it can be used for applications such as control, prediction, inference, among others. The present work proposes the application of a Fuzzy Wavelet Neural Network in the identification of nonlinear dynamic systems. This hybrid technique combines the multiresolution features of the Wavelet theory with the learning ability and the generalization of the neural networks together with the ability to deal with Fuzzy logic uncertainties. The obtained model is used for the tuning of a PID controller. In the course of the work, the concepts and techniques necessary to perform identification and controller tuning will be presented. The results obtained attest to the efficiency of the technique used.

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  • DANIEL RODRIGUES DE LUNA
  • Desempenho de novas formas de onda para canais submarinos

  • Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • ÁLVARO AUGUSTO MACHADO DE MEDEIROS
  • Data: 05/07/2018

  • Mostrar Resumo
  • O presente trabalho de Mestrado tem como objetivo realizar um estudo sobre o desempenho de técnicas de modulação e multiplexação modernas no canal acústico submarino. Inicialmente, é introduzido o que é a comunicação submarina e suas formas de comunicação existentes. Em seguida, os principais efeitos que um canal submarino está sujeito e suas respectivas formulações são apresentados, assim como o conjunto de modelos bem aceitos pela academia, os modelos de Bellhop. O trabalho se baseia na proposta de usar as formas de onda OFDM e GFDM como alternativa a forma de onda clássica usada em comunicações submarinas, a FSK. Um simulador de enlace foi desenvolvido e, por meio dele, são apresentadas análises de valor agregado para diferentes configurações das formas de ondas e manifestações de canal implementadas. O desempenho é acessado por meio de curvas Taxa de erro de bits para vários níveis de Eb/N0. Por fim, são apresentadas as produções oriundas do trabalho e suas perspectivas, elucidando a conformidade entre a simulação e as curvas teóricas, bem como o trabalho desafiador que é transmitir em alta taxa de transmissão no canal submarino.


  • Mostrar Abstract
  • This master’s degree working plan aims to perform a study on the performance of modulation and multiplexing techniques over submarine acoustic channel. Initially, what is underwater communication and its existing forms of communication is introduced. Then, the main effects that a submarine channel is subject and their respective formulations are presented, as well as the set of models well accepted by the academy, Bellhop models. The work is based on the proposal to using the OFDM and GFDM waveforms as an alternative to the classical waveform used in submarine communications, the FSK. A link simulator was developed and, through it, value-added analyzes are presented for different waveform configurations and channel manifestations implemented. Performance is accessed by means of bit rate error curves for some levels of Eb/N0. Finally, the work produced and its perspectives are presented, elucidating the conformity between the simulation and the theoretical curves, as well as the challenging work that is to transmit in high rate of transmission in the submarine channel.

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  • HILÁRIO JOSÉ SILVEIRA CASTRO
  • Uma metodologia de localização Indoor híbrida para sistemas móveis.

  • Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MARCELO HENRIQUE RAMALHO NOBRE
  • SILVIO COSTA SAMPAIO
  • Data: 09/07/2018

  • Mostrar Resumo
  • Nos últimos anos, o desenvolvimento tecnológico tem permitido o surgimento de novos conceitos para geração de serviços, estando entre as novas propostas os sistemas de localização em ambientes internos (indoor). Uma vez que soluções convencionais, como o Sistema Global de posicionamento (Global Positioning System - GPS) não resultam em bons resultados, diversas áreas incentivam a geração de novas soluções para localização indoor, com intuito de potencializar seus serviços. Com motivação de fornecer uma nova solução, será demonstrado neste trabalho uma proposta de metodologia de localização Indoor, capaz de encontrar de forma híbrida a localização do alvo por base em conceitos de propagação de sinais em ambientes indoor, utilizando método da trilateração, combinando com rastreio de movimento do alvo com uso de sensores inerciais. Ao longo do trabalho são demonstrados todos os desafios para geração da metodologia de localização indoor, bem como dispositivos de mitigação de deturpações.


  • Mostrar Abstract
  • In recent years, technological development has allowed the emergence of new concepts for new services, among the new proposals the indoor location systems. Since conventional solutions such as the Global Positioning System do not result in good results, several areas encourage the generation of new solutions for location indoor, in order to enhance its services. With the motivation to provide a new solution, will be demonstrated in this work a proposal of methodology of location indoor, able to find the location of the target in a hybrid way in terms of propagation of signals in indoor environments, using the trilateration method, combining with target motion tracking with the use of inertial sensors. Throughout the work are demonstrated all the challenges for generation of the indoor localization methodology, as well as mitigation devices for misrepresentations.

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  • THALES QUEIROZ FONSÊCA
  • Aumento da Eficiência do Control de Fluxo de Potência de Sistemas de Geração Distribuída Utilizando Impedância Virtual Implementado por Controle de Estrutura variável.

  • Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • JOSE RENES PINHEIRO
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
  • Data: 10/07/2018

  • Mostrar Resumo
  • O avanço da eletrônica de potência e das restrições ambientais têm possibilitado a
    inserção de sistemas baseados em energias renováveis na rede elétrica. Geralmente, tais sistemas de geração utilizam a energia solar e/ou eólica como fonte primária de energia e os mesmos, na maioria das vezes, são conectados à rede elétrica por meio de conversores de potência. A integração desses sistemas à rede traz consigo alguns problemas, devido à sua geração estocástica, como a instabilidade do sistema elétrico de potência no qual o sistema de geração renovável é conectado. Sendo assim, é importante que sejam utilizadas estratégias de controle eficientes para garantir o funcionamento adequado do sistema. Uma estratégia de controle que vêm sendo cada vez mais empregada com o aumento da integração de sistemas renováveis de geração é a impedância virtual. Com a utilização da impedância virtual na estratégia de controle há a possibilidade de alterar o comportamento dinâmico dos conversores, alterando sua impedância de saída, sem apresentar perdas adicionais para o sistema. Existem diversas aplicações com a implementação da impedância virtual, como por exemplo: controle do fluxo de potência, compensação de harmônicos e desbalanceamentos, estabilização ativa, entre outros. A proposta da realização deste
    trabalho é a implementação de uma estrutura de controle em que são controladas as correntes e tensões de saída do inversor em um sistema fotovoltaico e, com a utilização da impedância virtual, permitir que seja alterado o fluxo de potência de saída do conversor.


  • Mostrar Abstract
  • The advances in power electronics and environment restrictions have driven the insertion of renewable energy based systems on power grid. Generally, these generation systems use the solar and/or wind energy as primary source and, mostly, they are connected to the power grid through power electronics converters. The integration of these systems into the grid brings with it some problems, due to its stochastic generation, as instability of the electric power system in which the renewable generation system is connected. Therefore, it is important to use an efficient control system to ensure the proper functioning of the system. A control strategy that has been increasingly used with the increase of the integration of renewable generation systems is the virtual impedance. With the use of virtual impedance in the control strategy there is the possibility to modify the dynamic behavior of converters, changing its output impedance, without presenting additional
    losses to the system. There are several applications with the implementation of
    virtual impedance, such as: power flow control, harmonic and unbalance Compensation, active stabilization, among others. The proposal of this work is the implementation of a control structure in which the output currents and voltages of the inverter are controlled and, with the use of virtual impedance, permits to modify the output power flow of the converter.

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  • LUIS FELIPE DE VASCONCELOS TORRES DA COSTA
  • ANÁLISE DE ANTENAS CPW E CPS E DE FSS COM GEOMETRIAS FRACTAIS PARA SISTEMAS DE COMUNICAÇÕES SEM FIO 

  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • JOABSON NOGUEIRA DE CARVALHO
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • Data: 13/07/2018

  • Mostrar Resumo
  • O rápido avanço da tecnologia e dos sistemas de comunicação sem fio tem possibilitado ao usuário, cada vez mais, a utilização de diferentes aplicações. Isto tem despertado um grande interesse entre os pesquisadores da área de micro-ondas, que atuam em comunicações móveis, enlaces de curta distância, redes locais sem fio (WLAN) e comunicações para satélites, por exemplo. Com isso, muitos pesquisadores, em todo o mundo, buscam cada vez mais aperfeiçoar essa tecnologia, visando desenvolver dispositivos e equipamentos que possam operar em múltiplos serviços de comunicação, que sejam leves, compactos e de baixo custo.

    Nesse contexto, o desenvolvimento de antenas planares de micro-ondas surge como uma alternativa atraente, por conta de suas propriedades intrínsecas como pequeno volume, peso reduzido, baixo custo e facilidade de fabricação, além da possibilidade de operação com diferentes características de radiação e polarização. Tipicamente, as antenas planares de micro-ondas são desenvolvidas em estruturas de linhas de microfita (microstrip lines) e costumam apresentar largura de banda estreita e, normalmente, são projetadas para operar em uma faixa de frequência.

    Recentemente, observou-se um interesse crescente no desenvolvimento de antenas compactas em outras estruturas de linhas de transmissão planares, dentre as quais estão o guia de ondas coplanar (coplanar waveguide - CPW) e a linha de fitas coplanares (coplanar striplines - CPS). As antenas CPW apresentam larguras de banda maiores que as de antenas de microfita, sendo adequadas para o desenvolvimento de antenas de banda larga. Já as antenas CPS podem ser usadas tanto em circuitos de micro-ondas como de ondas milimétricas.

    Assim como as antenas planares, tem havido um grande interesse no desenvolvimento de superfícies seletivas de frequência (frequency selective surfaces - FSS), por atuarem como filtros espaciais, possibilitando a transmissão ou a rejeição de sinais de frequências específicas, além de serem estruturas de baixo custo, com dimensões e pesos reduzidos.

    Por outro lado, as geometrias fractais, quando usadas em projetos de antenas planares, possibilitam a redução de tamanho e evidenciam o comportamento em multibanda. Em comparação com as antenas planares convencionais, as antenas com geometrias fractais apresentam frequências de ressonância menores, possibilitando a fabricação de antenas mais compactas.

    O objetivo principal deste trabalho consiste na simulação de estruturas CPW e CPS para aplicação no projeto de novas estruturas de antenas CPW e CPS, com elementos fractais, para operação na faixa de 1 GHz a 14 GHz, objetivando aplicações em sistemas de comunicações de multibanda, banda larga e banda ultra larga (ultra wideband – UWB). Além disso, são observadas as características de radiação, ganho e polarização das antenas. São efetuadas simulações computacionais e projetadas diversas configurações de antenas CPW e CPS, utilizando o software Ansoft HFSS. Para fins de comparação com os resultados simulados, são fabricados e medidos vários protótipos de antenas CPW e CPS. Estruturas de FSS também foram projetadas, simuladas e medidas. Os resultados experimentais apresentam uma boa concordância com os resultados das simulações numéricas efetuadas, tanto para as antenas como para as FSS propostas.


  • Mostrar Abstract
  • The recent advance of technology on wireless communication systems has increasingly enabled the user to handle different applications. This has attracted great interest among microwave researchers, who work in mobile communications, short-haul links, wireless local area networks (WLAN) and satellite communications, for example. As a result, many researchers around the world are increasingly seeking to improve this technology to develop light, compact and inexpensive devices and equipments to operate in multiple communication services.

    In this context, the development of planar microwave antennas and frequency selective surfaces (FSS) appears as an attractive alternative, due to their intrinsic properties such as small volume, reduced weight, low cost and ease of manufacture, besides allowing operating with different characteristics of radiation and polarization. Usually, planar microwave antennas are developed in microstrip lines and exhibit narrow bandwidth, being designed to operate in particular frequency ranges.

    Recently, there has been a growing interest in the development of planar antennas in other planar transmission lines, among which are the coplanar waveguide (CPW) and the coplanar striplines (CPS). CPW antennas have larger bandwidths than microstrip antennas, and are suitable for the development of broadband antennas. CPS antennas can be used in both microwaves and millimeter waves.

    In addition, there are also many studies being carried out on the development of selective frequency surfaces (FSS), as they act as spatial filters with compact, light, and low cost structures, which allow the transmission or rejection of microwave signals for designed frequency bands.

    On the other hand, the fractal geometries, when used in planar antenna designs, allow the reduction of size and show the multiband behavior. In comparison with conventional planar antennas, the antennas with fractal geometries present lower resonance frequencies, allowing the manufacture of more compact antennas.

    The main objective of this work is the simulation of CPW and CPS structures for the design of new CPW and CPS antennas with fractal elements for operation in the 1 GHz to 14 GHz band, aiming at applications in multiband, wide band and ultra wideband (UWB). In addition, the characteristics of radiation, gain and polarization of the antennas are observed. Computational simulations are performed and several configurations of CPW and CPS antennas and FSS are designed using Ansoft HFSS software. For purpose of comparison with the simulated results, several prototypes of CPW and CPS antennas are manufactured and measured. FSS structures are also designed, simulated and measured. The experimental results show a good agreement with the results of the numerical simulations performed for both antennas and HSS.

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  • MARCOS TÚLIO ANTUNES BEZERRA SEGUNDO
  • Análise de Guias de Onda Ópticos Segmentados com Sequência Quase Periódica.

  • Orientador : JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • ÁDLLER DE OLIVEIRA GUIMARÃES
  • Data: 13/07/2018

  • Mostrar Resumo
  • Neste trabalho, o método da propagação vetorial de feixes (VBPM-Vectorial Beam Propagation Method) é aplicado na análise de guias de onda segmentados de forma quase periódica. A estrutura possui índice de refração intercalado ao longo da direção de propagação, seguindo a sequência Fibonacci, que nesse caso, é aplicada com o objetivo de reduzir perdas por espalhamento ocasionadas por imperfeições nas paredes da região de guiamento. O VBPM é expresso em termos das componentes transversais do campo magnético, incluindo camadas perfeitamente casadas (PML-Perfectly Matched Layers). Serão estudados alguns modelos de estruturas dielétricas tais como: análise do guia retangular de silício puro imerso em um substrato de dióxido de silício e análise do guia retangular de silício puro com substrato de dióxido de silício e revestimento superior de SU-8, um material fotorresistente. O estudo se dá através da análise dos modos transversais propagantes, a potência ao longo da região de guiamento e a dispersão cromática ao final do guia. A simulação computacional é obtida usando a linguagem FORTRAN 2008 em conjunto com a linguagem de programação PYTHON.



  • Mostrar Abstract
  • In this work, the Vectorial Beam Propagation Method (VBPM) is applied in the analysis of quasi-periodic segmented waveguides. The structure has an intercalated refractive index along the propagation direction, following the Fibonacci sequence, which in this case is applied in order to reduce scattering losses caused by imperfections in the walls of the guiding region. The VBPM is expressed in terms of the transverse components of the magnetic field, including Perfectly Matched Layers (PML). Some models of dielectric structures will be studied such as: analysis of the rectangular guide of pure silicon immersed in a substrate of silicon dioxide and analysis of the rectangular guide of pure silicon with substrate of silicon dioxide and upper cladding of SU-8, a photoresist material. The study is based on the analysis of propagating transversal modes, power along the guiding region and the chromatic dispersion at the end of the guide. The computational simulation is obtained using the language FORTRAN 2008 in conjunction with the PYTHON programming language.

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  • YURI MAX VIEIRA BATISTA
  • ANÁLISE DE ESTRUTURAS INSPIRADAS EM FRACTAIS APLICADAS EM ANTENAS E SUPERFÍCIES SELETIVAS DE FREQUÊNCIA

  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • ALFREDO GOMES NETO
  • Data: 13/07/2018

  • Mostrar Resumo
  • O desenvolvimento de novas estruturas, baseadas em fractais, aplicadas à tecnologia planar tem motivado muitos pesquisadores em todo o mundo, muito interessados no projeto de dispositivos e circuitos de micro-ondas mais compactos, mais eficientes e de baixo custo, para operar em bandas larga, ultra larga ou multibandas, com melhores condições de filtragem (transmissão ou rejeição) ou de radiação (ou recepção), e estabilidade angular, por exemplo.

    Especificamente, os fractais tradicionais têm sido utilizados no desenvolvimento de circuitos integrados de micro-ondas e antenas porque têm possibilitado a melhoria de suas respostas em frequência. Entretanto, para extrair mais vantagens do potencial dessas geometrias, elas devem ser alteradas, de acordo com as aplicações desejadas. Além disso, devido às interferências externas, filtros espaciais, como as superfícies seletivas de frequência (FSS), se tornaram cada vez mais populares com o grande crescimento no uso de tecnologias wireless, pois aparecem como uma excelente solução para filtrar frequências previamente especificadas.

    Portanto, o uso de geometrias fractais tradicionais ou novas, nessas estruturas, sempre traz contribuições específicas na melhoria das suas respostas em frequência. O objetivo principal deste trabalho consiste em melhorar a tecnologia atual de FSS, usando geometrias fractais conhecidas, as quais são modificadas, para melhor aproveitar o uso das características dessas geometrias.

    Assim, utilizando algumas configurações diferentes da mesma arquitetura, inspiradas no fractal de Hilbert, pode-se configurar a estrutura de FSS para obter maior largura de banda, operações em multibandas, boa estabilidade angular e compacticidade, por exemplo. Adicionalmente, essas estruturas baseadas em fractais exibem características a serem investigadas em relação à redução do tamanho do patch, elemento do arranjo periódico, e à modificação das frequências de ressonância das antenas.

    Resultados usando FSS como plano de terra em antenas de patch retangular com inset-feed sugerem a possibilidade de diminuir significativamente a frequência de operação da antena, além de surgimento de multibandas como se o patch fosse fractal. Este trabalho compila o experimento de várias estruturas de antenas e FSS inspiradas em fractais que ressoam em diversas frequências. Vários protótipos foram construídos e medidos para validar os resultados obtidos teoricamente.

    Neste trabalho são propostas geometrias de FSS inspiradas no fractal de Hilbert, no fractal do espelho infinito e no triângulo de Sierpinski, com modificações adicionais para garantir estabilidade angular e multibanda. Adicionalmente, são propostas antenas inspiradas em fractais de Sierpinski, com planos de terra inspirados no fractal de Hilbert, além de antenas inspiradas no fractal da imagem, permitindo obter operação em multibanda e miniaturização.


  • Mostrar Abstract
  • The development of new fractal-based structures applied to planar technology has motivated many researchers around the world, who are very interested in the design of compact, stable, efficient, and low cost microwave devices and circuits for wideband, ultra wideband, and multiband frequency applictions, with enhanced filtering (transmission or rejection) and radiation (or rejection) characteristics, for example.

    Specifically, the geometry of traditional fractals have been widely used in the development of integrated circuits for microwaves and antennas because they have enhanced their frequency responses. However, in order to extract more advantages from the potential of these geometries, they must be changed according to the particular applications. In addition, due to external interference, spatial filters, such as frequency selective surfaces (FSS), have become increasingly popular with the large growth in the use of wireless technologies, as they appear to be an excellent solution for predetermined frequency filtering.

    In addition, the use of traditional or new fractal geometries in these structures always brings particular contributions in improving their frequency responses. Therefore, the main objective of this work is to improve current FSS technology using known fractal geometries, which are modified, to take more advantage of the use of these geometries’ characteristics.

    Thus, using some different configurations of the same architecture, inspired by the Hilbert fractal, one can configure the structure of the FSS to obtain improved bandwidth, multi-band operations, good angular stability, and compactness, for example. In addition, these fractal-based structures exhibit characteristics to be investigated with respect to the size reduction of the patch element of the periodic array and to the modification of the antennas resonance frequencies.

    Results using a FSS as ground plane in a rectangular patch antenna structure with inset-feed suggest the possibility of significantly decreasing the antenna resonant frequency, as well as the appearance of multiple resonance bands, as if the patch had a fractal geometry. This work compiles the experiment of several fracture-inspired antennas and FSS structures that resonate in different frequencies. Several prototypes are fabricated and measured to validate the simulation results.

    This work presents FSS geometries inspired on the Hilbert fractal, the infinite mirror fractal, and the Sierpinski triangle geometries, with additional modifications to ensure angular and multiband stability. In addition, the developed antennas are inspired on Sierpinski fractal geometries, with Hilbert-inspired ground planes, as well as antennas inspired on the fractal of the image, enabling multiband frequency behavior and miniaturization.

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  • DANILO CHAVES DE SOUSA ICHIHARA
  • Controle Preditivo Não Linear com Estratégia Adaptativa baseado em Simulated Annealing Acoplado Paralelo

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRÉ FELIPE OLIVEIRA DE AZEVEDO DANTAS
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • TIAGO PEREIRA DO NASCIMENTO
  • Data: 27/07/2018

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  • O controle preditivo baseado em modelo (MPC, do inglês Model Predictive Control) é uma técnica de controle avançada que teve um impacto significativo nas indústrias de processo. São vários os motivos que justificam sua grande aceitação como, por exemplo, o fato de lidar naturalmente com problemas de controle multivariáveis, considerar restrições nas variáveis de entrada e saída e adaptar-se a mudanças estruturais da planta. Apesar do crescente esforço em pesquisa voltada para o desenvolvimento de estratégias de controle preditivo não linear, o uso dessas técnicas em sistemas reais ainda é um desafio, pois os algoritmos desenvolvidos são normalmente mais complexos que os lineares e, algumas vezes, não permitem aplicações em tempo real para sistemas de dinâmica rápida. Apesar disso, o aumento constante da velocidade e do poder da computação torna essa perspectiva real. Nesse sentido, a proposta do trabalho é desenvolver uma estratégia de controle preditivo não linear que utiliza um algoritmo de otimização estocástica de ótima escalabilidade paralela conhecido por Simulated Annealing Acoplado (CSA, do inglês Coupled Simulated Annealing). A estratégia visa resolver diretamente, sem aproximações do modelo do  processo, e de forma paralela o problema de otimização do MPC não linear para aplicação em tempo real nos sistemas de dinâmicas mais rápidas. Uma vez que o modelo utilizado em controle preditivo é apenas uma aproximação matemática da planta, existe a possibilidade de descasamento entre os comportamentos dos dois. Dessa forma, a estratégia proposta busca atender ao requisito de robustez a incertezas do modelo, resolvendo o problema de forma adaptativa. No presente trabalho, utilizou-se a versão paralela do CSA para resolver o problema de controle com restrição em três sistemas não lineares distintos: aplicação real em um sistema de tanques acoplados, simulação do controle de pêndulo invertido rotacional e de um reator químico não linear, considerando o desajuste entre os parâmetros da planta e do modelo. Os resultados dos experimentos mostraram a eficiência
    e as características da estratégia de controle proposta ao controlar esses sistemas de dinâmica mais rápida, necessitando de poucos ajustes para se aplicar nos diferentes problemas de controle, além das vantagens pela facilidade de sintonia dos parâmetros do otimizador. A eficiência e as características da estratégia adaptativa considerando o desajuste entre modelo e processo são apresentadas na simulação do controle de um reator químico não linear com parâmetros incertos


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  • Model Predictive Control (MPC) is an advanced control technique that has had a significant impact on process industries. There are several reasons for its great acceptance, e.g., it copes with multivariable control problems naturally, it considers constraints on input and output variables, and adapts to structural changes. Despite the growing research effort focused on the development of nonlinear predictive control strategies, the use of these techniques in real systems is still a challenge, because the developed algorithms are usually more complex and, sometimes, do not allow real-time applications for fast dynamics systems. Nevertheless, the constant increase in the speed and power of computing makes this perspective real. This way, the purpose of this work is to develop a nonlinear predictive control strategy that uses a stochastic optimization algorithm with great parallel scalability known as Coupled Simulated Annealing (CSA). The strategy aims at solving directly, without approximations of the process model, and in a parallel way, the optimization problem associated to nonlinear MPC for real-time applications in fast dynamics systems. As the model used in predictive control is only a mathematical approximation of the plant, there is a possibility of mismatch between their behaviours. Thus, the proposed strategy seeks to meet the requirement of robustness to model uncertainties, solving the problem adaptively. In the present work, the parallel version of CSA was used to solve the constrained control problem in three distinct nonlinear systems: real application in a Coupled Tanks system, simulation of rotary inverted pendulum control and a nonlinear chemical reactor, considering the mismatch between plant and model parameters. The experiments results showed the efficiency and characteristics of the control strategy to control these faster dynamics systems, requiring few adjustments to be applied in the different control problems, besides the advantages of optimizer parameters initialization. The efficiency and characteristics of the adaptive strategy considering the mismatch between model and process are presented to simulate the control of a nonlinear chemical reactor with uncertain parameters.

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  • DANIEL MARQUES DA SILVA
  • Análise e Detecção de Transitórios de Falta em Sistemas HVDC Usando a Transformada Wavelet

  • Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO