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Dissertações |
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MÔNICA MARIA LEAL
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Proteção de Sobrecorrente Direcional Utilizando a Transformada Wavelet
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Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
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MEMBROS DA BANCA :
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FELIPE VIGOLVINO LOPES
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FLAVIO BEZERRA COSTA
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JOSE JOSEMAR DE OLIVEIRA JUNIOR
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MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
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Data: 23/Jan/2017
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Tradicionalmente, a principal proteção utilizada nos sistemas elétricos de potência à nível de distribuição é a proteção de sobrecorrente, devido sua simplicidade e baixo custo. No entanto, com a recente inserção de geradores distribuídos no sistema, o sentido fluxo de potência pode ser variado de acordo com o local de ocorrência da falta, sendo insuficiente, para algumas aplicações, avaliação apenas das amplitudes das correntes de falta. Então, um módulo direcional pode ser adicionado para fornecer informação do sentido de ocorrência da falta, se à frente ou reversa ao ponto de medição das correntes e tensões. Portanto, propõe-se nesta defesa de mestrado a reconstrução das unidades de sobrecorrente direcional de fase, de sequência positiva, negativa e zero baseadas na transformada wavelet discreta, com a qual é possível recriar as unidades de sobrecorrente direcional clássicas por meio dos coeficientes escalas de tensão e corrente, o que otimiza a proteção pois não conta com alguns inconvenientes provenientes da transformada de Fourier discreta e, em alguns casos, é possível o diagnóstico da falta mais rapidamente. Para avaliação do método proposto, foi utilizando um sistema de 30 barras do IEEE com geração distribuída, assim como, um sistema de 230 kV do IEEE à parâmetros distribuídos.
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Traditionally, the main protection used in low voltage power systems, as distribution systems, is the overcurrent protection due to its simplicity and low cost. However, in these recent years the number of distributed generation connected to the system has been growing, which changes the complexity of the system and require a directional module to complement the diagnostic about the fault, providing information whether is a forward or reverse fault according to reference point. Therefore, in this master work is proposed a directional overcurrent module based on the stationary discrete wavelet transform. This tool could recreate the classic directional overcurrent protection using just current and voltage scaling coefficients (low frequency), which overcome some drawbacks by using discrete Fourier transform and, in some cases, fault detection is faster. The proposed method has been tested by using the IEEE 30 bus with distributed generator and the IEEE 230 kV systems test with distributed parameters.
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PEDRO THIAGO VALERIO DE SOUZA
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ANÁLISE DA CODIFICAÇÃO WAVELET EM SISTEMAS DE RÁDIO COM ACESSO DINÂMICO AO ESPECTRO
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Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
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EDMAR CANDEIA GURJÃO
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Data: 27/Jan/2017
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Nos sistemas de comunicações móveis, os sinais se propagam por múltiplos percursos sobre canais variantes no tempo, ficando sujeitos a distorções provocadas pelo desvanecimento e desvios Doppler. Visando minimizar essas distorções, técnicas de codificação e de diversidade de transmissão podem ser empregas, tais como a Codificação Wavelet. Essa técnica baseia-se na ortogonalidade das linhas da matriz wavelet e possui a capacidade de gerar ganhos de diversidade, aumentando a robustez do sistema ao desvanecimento variante no tempo, sem comprometer a eficiência espectral do sistema. Neste trabalho, a codificação wavelet é investigada em cenários de rádio cognitivo com acesso dinâmico ao espectro. Esses sistemas de rádio vêm se consolidando como um novo paradigma de comunicações sem fio com o avanço das técnicas de processamento digital de sinais. Sistemas de rádio cognitivo com acesso dinâmico ao espectro devem ser capazes de perceber faixas de frequência desocupadas para transmissões oportunísticas, assim como detectar a presença de usuários primários quando estes ocupam seu espectro licenciado. Portanto, um elemento crucial para a operação de sistemas de rádio cognitivo codificados pela codificação wavelet é a capacidade de se sensoriar os sinais codificados por essa técnica. Como será detalhado, a possibilidade de se sensoriar esses sinais está condicionada a um projeto adequado da constelação de sinais utilizada na modulação dos símbolos codificados. Neste trabalho, o projeto destas constelações é feito via algoritmos genéticos, utilizando-se uma abordagem de otimização multiobjetivo. O sistema desenvolvido é avaliado quanto a sua robustez ao desvanecimento plano variante no tempo através de uma análise de probabilidade de erro de bit (BER) versus Eb/N0, e quanto a possibilidade de sensoriamento espectral de seus sinais via métodos de análise de cicloestacionariedades e de detecção de energia. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da técnica de codificação com matrizes wavelet em cenários de rádio com acesso dinâmico ao espectro, sendo observados bons resultados de desempenho de BER e de taxas de detecção do sinal sensoriado.
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In mobile communications systems, signals propagate over multipaths over time-varying channels, subject to distortion caused by fading and Doppler shifts. In order to minimize such distortions, coding techniques and transmission diversity may be employed, such as Wavelet Encoding. This technique is based on the orthogonality of the wavelet matrix rows and has the capacity to generate diversity gains, increasing the robustness of the system to time-varying fading, without compromising the spectral efficiency of the system. In this work, the wavelet coding is investigated in scenarios of cognitive radio with dynamic spectrum access. These radio systems have been consolidating as a new paradigm of wireless communications with the advance of digital signal processing techniques. Cognitive radio systems with dynamic spectrum access should be able to perceive unoccupied frequency bands for opportunistic transmissions as well as detect the presence of primary users when they occupy their licensed spectrum. Therefore, a crucial element for the operation of cognitive radio systems encoded by wavelet coding is the ability to sense the signals encoded by this technique. As will be detailed, the possibility of sensing such signals is conditioned to a suitable design of the signal constellation used in the modulation of the coded symbols. In this work, the design of these constellations is done via genetic algorithms, using a multiobjective optimization approach. The developed system is evaluated for its robustness to time-varying plane fading through a bit error probability (BER) versus Eb/N0 analysis, and the possibility of spectral sensing of its signals via cyclostationary analysis and energy detection method. The results indicate the feasibility of the wavelet coding technique in radio scenarios with dynamic spectrum access, with good results of BER performance and sensed signal detection rates.
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DANIEL NOBRE PINHEIRO
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O Problema de Clustering Heterogêneo Fuzzy: Modelos e Heurísticas
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Orientador : DANIEL ALOISE
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MEMBROS DA BANCA :
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DANIEL ALOISE
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ERALDO LUIS REZENDE FERNANDES
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EVERTON SANTI
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Data: 27/Jan/2017
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Este trabalho propõe formulações para o Problema de Clustering Heterogêneo Fuzzy e propõe um método heurístico de Busca em Vizinhança Variável para resolvê-lo. O Problema de Clustering Heterogêneo Fuzzy é um problema de agrupamento de dados modelado em dois níveis. O primeiro identifica grupos de indivíduos cujas percepções acerca dos objetos envolvidos sejam similares. O segundo nível identifica partições fuzzy de objetos distintas para cada grupo de indivíduos. O segundo nível é baseado no problema das p-medianas, cujo objetivo é separar um conjunto de objetos em subconjuntos menores e definir um objeto para cada subconjunto como mediana, de modo que a soma das dissimilaridades entre cada objeto e sua mediana seja mínima. O Problema de Clustering Heterogêneo Fuzzy generaliza o problema das p-medianas para ambientes fuzzy, permitindo que os níveis de pertinência de cada objeto em relação a cada cluster seja fracionário. Essa generalização permite novas interpretações dos resultados, como a identificação de relações simultânea de objetos com diferentes clusters.
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This work proposes formulations for the Fuzzy Heterogeneous Clustering Problem and proposes a heuristic method of Variable Neighborhood Search to solve it. The Fuzzy Heterogeneous Clustering Problem is a clustering problem that is formulated in two levels. The first identifies groups of individuals whose perceptions about the objects involved are similar. The second level identifies distinct fuzzy partitions of objects for each group of individuals. The second level is based on the p-median problem, whose objective is to separate a set of objects into smaller subsets and to define an object as median for each subset, such that the sum of dissimilarities between each object and it’s median is minimal. The Fuzzy Heterogeneous Clustering Problem generalizes the p-median problem to fuzzy environments, allowing the degrees of membership between each object and each cluster to be fractionary. This generalization allows new interpretations about the results, such as the identification of simultaneous relationships of objects with different clusters.
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FELIPE FERREIRA DE ARAUJO
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Desenvolvimento de antenas planares reconfiguráveis em estruturas com metasurfaces
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Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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GUTEMBERGUE SOARES DA SILVA
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
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JOSE DE RIBAMAR SILVA OLIVEIRA
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Data: 30/Jan/2017
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No Brasil e no mundo, a evolução do aparato tecnológico do setor de telecomunicações tem sido cada vez mais requisitada como uma clara consequência do crescimento exponencial da demanda por sistemas de comunicação sem fio. Neste cenário, a integração de múltiplos padrões wireless em uma única plataforma, antena reconfigurável, também conhecida como antena sintonizável, está atraindo muita atenção. Estruturas metasurfaces têm sido extensivamente utilizadas nos últimos anos para alcançar o aperfeiçoamento de antenas, dentre eles, a reconfiguração. Um metasurface (também referido como um metafilm) é o equivalente de uma superfície metamateriaI. Mais precisamente, um metafilm é uma superfície com uma distribuição de pequenos dispersores arranjados ao longo de uma região do espaço, de modo a obter comportamentos eletromagnéticos desejáveis. Para muitas aplicações, metasurfaces podem ser usados no lugar de metamateriais, pois possuem como vantagem principal ocupar menos espaço físico do que as estruturas tridimensionais dos metamateriais, oferecendo a possibilidade de perdas reduzidas, o que tem gerado grande interesse. Neste contexto, esta dissertação de mestrado apresenta a simulação, o projeto e a implementação de estruturas de antenas planares acopladas a estruturas de metasurfaces a fim de realizar reconfiguração de antenas em frequência, polarização e multibanda, para aplicações em comunicações sem fio. A análise das estruturas das antenas é realizada com o auxílio de ferramentas computacionais. Protótipos são construídos e medidos, para fins de comprovação experimental. Os resultados obtidos em medições e simulações apresentam uma boa concordância.
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All over the world, the evolution of the technological apparatus for telecommunications systems has been increasingly required, as a clear consequence of the exponentially growth in the demand for wireless communication services. Therefore, the integration of multiple wireless standards on a single platform, like a reconfigurable antenna, also known as tunable antenna, is attracting much attention. Metasurfaces structures have been extensively used in recent years to improve the performance of planar antennas for wireless applications, including reconfiguration. A metasurface (also referred to as a metafilm) is the equivalent of a metamateriaI surface. More precisely, one metafilm is a surface with a distribution of small scatterers arranged along a region of space, to achieve desirable electromagnetic behaviors. For many applications, metasurfaces can be used in place of metamaterials because they have the advantage of taking up less physical space than the three-dimensional structures of metamaterials, offering the possibility of reduced losses, which has generated great interest. Therefore, this master thesis presents the simulation, design and implementation of planar antenna structures coupled to metasurfaces structures in order to reconfigure frequency, polarization and multiband antennas for wireless communications applications. The analysis of the antenna structures is performed with the aid of computational tools. Prototypes are fabricated and measured for experimental verification purpose. Simulations and measurements results are in good agreement.
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RAFAELA GOMES GONÇALVES DE CARVALHO
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DESENVOLVIMENTO DE FSS MECANICAMENTE RECONFIGURÁVEL PARA APLICAÇÕES EM MICRO-ONDAS
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Orientador : JOSE PATROCINIO DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
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ALFREDO GOMES NETO
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JOSE PATROCINIO DA SILVA
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LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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Data: 30/Jan/2017
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A reconfigurabilidade é uma característica muito importante nos sistemas modernos de comunicação, pois permite que uma mesma estrutura se adapte aos diferentes cenários de uma mesma aplicação, como por exemplo, radomes, rádio cognitivo, e telas adaptativas que bloqueiam transmissões sem fio indesejadas. Essa característica pode ser alcançada mediante métodos tradicionais, como o uso de dispositivos semicondutores ativos (diodos PIN, Schottky) ou capacitores variáveis acoplados a cada elemento básico da superfície seletiva de frequência (FSS), sendo necessário o uso de um circuito separado para alimentar esses dispositivos. No entanto, estes métodos requerem um número elevado de elementos ativos, o que aumenta a complexidade e o custo de fabricação, abrindo espaço para o surgimento de técnicas mais simples e robustas quanto à seletividade, como a reconfigurabilidade mecânica. Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma superfície seletiva de frequência (FSS) reconfigurável, para operar na banda X, formada por patches condutores triangulares impressos em uma camada de dielétrico de fibra de vidro (FR-4). A FSS desenvolvida permite a reconfiguração da frequência de ressonância a partir da variação do ângulo da onda incidente na estrutura, no modo TE, e pode ser aplicada na tecnologia de rádio cognitivo através de uma interface microcontrolada. A análise da estrutura da FSS é efetuada através do software Ansoft Designer.
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Reconfigurability is a very important feature in modern communication systems because it allows the same structure to adapt to different scenarios of the same application, such as radomes, cognitive radio, and adaptive screens that block unwanted wireless transmissions. This characteristic can be achieved by traditional methods, such as the use of active semiconductor devices (PIN diodes, Schottky) or variable capacitors coupled to each basic element of the frequency selective surface (FSS), requiring the use of a separate circuit to feed these components. However, these methods require a high number of active elements, which increases the complexity and cost of manufacturing, opening space for the emergence of simpler and more robust techniques for selectivity, such as mechanical reconfigurability. This work consists of the development of a reconfigurable frequency selective surface (FSS), to operate in the X-band, composed of triangular patch elements printed on a dielectric layer of fiberglass (FR-4). The developed FSS allows the reconfiguration of the resonant frequency from the variation of the angle of the incident wave in the structure, in the TE mode, and can be applied in the cognitive radio technology through a microcontrolled interface. The analysis of the structure of the FSS is done through Ansoft Designer software.
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FELIPE OLIVEIRA SIMÕES GAMA
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Desenvolvimento de uma Codificação Wavelet Adaptativa para um Sistema de Controle sobre Canais Sem Fio
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Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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FABIANO FRAGOSO COSTA
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Data: 30/Jan/2017
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As redes de sensores sem fio (RSSF) são constituídas por nós interconectados por canais sem fio com capacidade de sensoriamento, controle e atuação. Neste sistema, as informações trocadas entre os nós sensores ficam susceptíveis aos efeitos do ruído impulsivo e ao desvanecimento produzido pelos múltiplos percursos de propagação. 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 as RSSF por sua robustez aos efeitos do canal sem fio e por sua baixa complexidade computacional. Este trabalho propõe um codificador wavelet adaptativo, com taxa de codificação e esquema de modulação que varia em função do nível de desvanecimento do canal sem fio, e avalia o uso desse sistema de transmissão em uma malha de controle implementada por nós sensores sem fio. O desempenho desse sistema adaptativo foi avaliado em termos de probabilidade de erro de bit (BER) versus Eb/N0, considerando um modelo de canal variante no tempo com desvanecimento Rayleigh plano, e em termos de sobrecarga de processamento em um sistema de controle por enlace sem fio. Os resultados obtidos até agora indicam ser viável a implementação de um codificador wavelet adaptativo nesse cenário de comunicação.
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The wireless sensor networks (WSN) are constituted by nodes interconnected by wireless channels with sensing and control ability. However, due to the use of wireless communication channels, the information exchanged among the sensor nodes are susceptible to the effects of impulsive noise and fading produced by multipath propagation. In order to minimize the fading effects, channel coding and diversity techniques are often used in wireless systems. Among them, the wavelet coding is a good alternative for the WSN by their robustness to the effects of the wireless channel and by its low computational complexity. This work proposes an adaptive wavelet coding whose parameters of code rate and signal constellation can vary according to the fading level, and evaluate the use of this transmission system in a control loop implemented by wireless sensor nodes. The performance of the adaptive system was evaluated in terms of bit error rate (BER) versus Eb/N0, considering a time-varying channel with flat Rayleigh fading, and in terms of processing overhead on a control system with wireless communication. So far, results indicate be feasible to implement an adaptive wavelet coding in this communication scenario.
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ANDRÉ QUINTILIANO BEZERRA SILVA
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Implementação e Uso de Algoritmos para Conversão e Aprendizado em um Sistema Neuro-Simbólico
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Orientador : ANDRE LAURINDO MAITELLI
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRE LAURINDO MAITELLI
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ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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GILBERT AZEVEDO DA SILVA
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Data: 14/Fev/2017
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Sistemas inteligentes (SI) são tipos de sistemas especialistas que podem interagir e aprender sobre os usuários que o utilizam, ou tentam compreender sobre seus interesses. O termo SI engloba tanto a inteligência artificial clássica, baseado em regras simbólicas, quanto a inteligência computacional, que incorpora sistemas nebulosos, redes neurais artificiais (RNA) e sistemas evolutivos. Os sistemas inteligentes simbólicos possuem um conjunto de regras inicias que são continuamente analisadas, gerando decisões a partir delas. Embora mais simples de se compreender, esses sistemas possuem dificuldades em tratar informações imprecisas, ou que não foram previstas no conjunto de regras iniciais. Por outro lado, os modelos baseados no conexionismo, como por exemplo, as RNAs, são extremamente eficazes em completar padrões que não estejam claros, embora, possuam uma grande desvantagem devido ao elevado nível de abstração, encapsulando o conhecimento de como foi obtida a resposta. Esses dois tipos de sistemas podem ser combinados para suprir as desvantagens apresentadas em cada um deles, produzindo assim uma poderosa ferramenta no âmbito industrial. O presente artigo, tem por finalidade descrever uma arquitetura de um sistema computacional híbrido, combinando os principais paradigmas da inteligência artificial (IA): o simbolismo e, o conexionismo. O modelo será capaz de codificar a base regras de um especialista (baseado em lógica proposicional) em uma rede neural e a partir dela inferir novas regras de acordo com a utilização do sistema, servindo assim de auxílio para as constantes tomadas de decisão do operador.
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One of the main goals of artificial intelligence is the creation of agents with human-like intelligence. This has been researched using various approaches, and among the most prominent for machine learning are logic-based symbolic systems and artificial neural networks. Until the last decade, both approaches have progressed independently, but progress in both areas has led researchers to investigate ways to integrate both approaches. Several models that provide hybrid or integrated integration of these approaches emerged in the 1990s, and continue to be used to this day. This work has as main objective the implementation of the Neuro-Symbolic conversion algorithm of the KBANN (Knowledge-Based Artificial Neural Networks) hybrid system, which has the ability to map the dependencies of a specific domain of rules (if-then) in a Neural network, and then refine that network using learning techniques. In addition, since this model does not have the ability to refine the network topology in order to obtain new rules for the initial domain, it was necessary to implement another algorithm to the original KBANN model, in order to obtain possible expansions of the original network. KBANN.
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VERIVAN SANTOS LIMA
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PROTÓTIPO PARA A AVALIAÇÃO DAS METODOLOGIAS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO A PARTIR DO PERFIL TÉRMICO EM POÇOS INJETORES D'ÁGUA
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Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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ANDRE LAURINDO MAITELLI
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CARLA WILZA SOUZA DE PAULA MAITELLI
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BENNO WALDEMAR ASSMANN
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Data: 6/Mar/2017
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Este trabalho objetiva o desenvolvimento de um protótipo instrumentado, em escala reduzida, para a avaliação da equação desenvolvida por Ramey Jr. em 1962. Será cálculo a vazão, tendo como partida o perfil térmico do fluido em poços injetores d’água em campos de produção de petróleo. Primeiramente, será apresentado um resumo bibliográfico, descrevendo não só a teoria de Ramey, mas todas as informações mínimas necessárias ao entendimento e desenvolvimento do protótipo. Finalmente, será transcorrido sobre o protótipo em se e sobre a planta instrumentada instalada no LAMP (Laboratório Aplicado à Mediação de Petróleo) da UFRN, bem como sobre os resultados obtidos nos testes que foram realizados.
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This work aims at the development of a small scale instrumented prototype for the evaluation of the equation developed by Ramey Jr. in 1962. It will be calculated the flow, starting as the thermal profile of the fluid in water injectors in production fields Of oil. Firstly, a bibliographic summary will be presented, describing not only Ramey's theory, but all the minimal information necessary to the understanding and development of the prototype. Finally, it will be passed on the prototype in and on the instrumented plant installed in the LAMP (Laboratory Applied to the Oil Mediation) of UFRN, as well as on the results obtained in the tests that were performed.
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BRUNNA SANTANA DE VASCONCELLOS PINHEIRO
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PROPOSTA DE PROCEDIMENTO PARA PROJETO DE CONTROLADORES FUZZY MULTIVARIÁVEIS
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Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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MEMBROS DA BANCA :
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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ADEMAR GONÇALVES DA COSTA JÚNIOR
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Data: 10/Abr/2017
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Problemas práticos de controle comumente se apresentam com muitas variáveis a serem controladas simultaneamente e que dependam uma das outras, com isso, surge a necessidade de um estudo aprofundado sobre controle multivariável. Analisar a capacidade e a potencialidade de diferentes estratégias de controle, buscando as mais adequadas para cada tipo de sistema é fundamental. Nesse contexto, esse trabalho aborda um procedimento sistemático de como se projetar um controlador fuzzy eficaz para sistema com duas ou mais entradas e duas ou mais saídas. O procedimento consiste em dividir o projeto em etapas, nas quais são sintonizados os parâmetros de controladores fuzzy: essas etapas se iniciam considerando sistemas com malhas que contenham uma entrada e uma saída, passando a unir todos os controladores em um único que considera todas as entradas e saídas com isso, posteriormente, incluir a influência que cada entrada exerce sobre todas as saídas. Dessa forma, é possível se ter uma melhor compreensão e se obter um melhor desempenho do controlador, por ser possível analisar o comportamento do sistema em cada etapa do projeto. Para comprovar sua eficiência, o método aqui abordado é aplicado diferentes estudos de caso prático e simulado. Após isso, esse controlador Fuzzy multivariável é comparado com outros controladores através da análise gráfica e do cálculo de índices de desempenho para validação do procedimento utilizado.
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Generally, control’s practical problems have many process variables to be controlled simultaneously and, usually they depend on each other. So, there is a necessity of a deep study about multivariable control systems. Then, analyzing the capability and potential of different control strategies is primordial to get the most appropriate control mode according to the system. Once that has been known, this work handles a systematic procedure which explain how to build an effective fuzzy controller for a system which has two or more inputs and two or more outputs. The procedure consists of dividing the controller projects in steps and for each of them, the parameters of the fuzzy controllers are tuned. Those steps get started considering a system which has a single input and a single output. After that, all of the controllers are joined into a single one which get all of the inputs and outputs, and also it has the configuration necessary to know how every single input influences in the outputs. Basically, it is possible to get a better performance and understanding once the behavior of the system is analyzed in which stage of the procedure. In order to prove the efficiency of the procedure, this method is applied to different cases of study, which are practical and simulated cases. The obtained multivariable fuzzy controller is compared with others by using graphical analysis and calculated indexes of performance for validation of the procedure.
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THIAGO CORREIA PEREIRA
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Novas heurísticas para o agrupamento de dados pela soma mínima de distâncias quadráticas
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Orientador : DANIEL ALOISE
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MEMBROS DA BANCA :
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DANIEL ALOISE
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DARIO JOSE ALOISE
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EVERTON SANTI
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Data: 12/Abr/2017
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Devido ao grande volume de dados gerados pelo crescimento de aplicações que provêm novas informações, tanto em volume quanto em variedade, técnicas cada vez mais eficientes são exigidas para classificá-los e processá-los. Uma técnica muito utilizada é o agrupamento de dados, cujo objetivo é extrair conhecimento dos dados através da divisão de entidades em subconjuntos homogêneos e/ou bem separados. Muitos critérios diferentes podem ser utilizados para expressar a classificação dos dados. Dentre eles, um critério frequentemente utilizado é a soma mínima das distâncias euclidianas quadráticas, do inglês, minimun sum-of-squares clustering (MSSC). Neste critério, entidades são ele- mentos no espaço n-dimensional. O problema de agrupamento de dados pelo MSSC é NP-árduo, logo heurísticas são técnicas extremamente úteis para este tipo de problema. Este trabalho propõe novas heurísticas, baseadas na busca de vizinhanças variáveis gerais, do inglês, general variable neighborhood search (GVNS). Também é proposto neste trabalho, a adaptação da heurística reformulation descent (RD) para o problema MSSC, na forma de duas variantes, de forma inédita na literatura. Os experimentos computa- cionais mostram que as variantes GVNS propostas neste trabalho apresentam melhores resultados, em instâncias grandes, que o atual estado da arte para este problema.
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Due to the large volume of data generated by the growth of applications that provide new information, both in volume and variety, more efficient techniques are required to classify and processes them. A widely used technique is data grouping whose aim is to extract characteristics of the entities dividing them into homogeneous and/or well separated subsets. Many different criteria can be used to express the data classification. Among them, a commonly used criteria is the minimun sum-of-squares clustering (MSSC). In this criterion, entities are elements in n-dimensional Euclidean space. The data clustering problem by MSSC is NP-hard, then heuristics are extremely useful techniques for this type of problem. This work proposes new heuristics, based on the general variable neighborhood search (GVNS). Also proposed in this work is the adaptation of the heuristic reformulation descent (RD) to the MSSC problem, in the form of two variants, unapplied to this problem before in literature. The computational experiments show that the GVNS variants proposed in this work present better results, in large instances, than the current state of the art for this problem.
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JOSE KLEITON EWERTON DA COSTA MARTINS
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Análise de diferentes técnicas de controle na estrutura do ANFIS modificado
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Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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MEMBROS DA BANCA :
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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MARCONI CAMARA RODRIGUES
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OSCAR GABRIEL FILHO
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Data: 23/Jun/2017
Ata de defesa assinada:
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O trabalho apresenta uma análise de diferentes técnicas de controle na estrutura do ANFIS modificado, esse método é recente e se originou a partir de uma alteração na estrutura do ANFIS. O método tem a capacidade de realizar identificação e controle de plantas com ampla faixa de operação e não-linearidade acentuada. O ANFIS modificado é dividido em dois grandes estágios, o primeiro sendo a iden- tificação e o segundo o controle. Para realizar a identificação pode-se utilizar quaisquer técnicas, podendo ser técnicas lineares e não-lineares. Nesse trabalho foram exploradas as técnicas de identificação de sistemas lineares mais conhecidas na literatura e o método dos mínimos quadrados. Para a realização do primeiro estágio, identificação, foi esco- lhido um sistema de tanques com multisseções como estudo de caso e assim foi realizada a sua identificação através do ANFIS modificado, mostrando as qualidades do método. Assim como no estágio da identificação o estágio de controle também pode utilizar quaisquer técnicas, mas nesse trabalho foram exploradas as técnicas de sintonia de con- troladores PID mais conhecidas na literatura, na qual os controladores projetados foram incorporados na estrutura do ANFIS modificado para a obtenção de um controlador global não-linear. Em seguida foi realizada uma comparação de desempenho do ANFIS modifi- cado utilizando os diferentes métodos de sintonia e ao final chegando a uma metodologia sistemática para utilização do ANFIS modificado como controlador global.
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This work presents an analysis of different control techniques in the modified ANFIS structure, this method is recent and originated from a change in the ANFIS structure. The method has the capacity to perform identification and control of plants with wide operating range and accentuated non-linearity. The modified ANFIS is divided into two major stages, the first is the identification and the second is the control. In order to perform the identification, it is possible to use any techniques, which may be linear and non-linear techniques. In this work was explored the linear system identification more known in the literature and the least square estimation. For the first, identification, a system of tanks with multisections was chosen as a case study and its identification through the modified ANFIS was performed, showing the qualities of the method. As in the identification stage, the control stage can also use any techniques, but in this work the tuning of PID controllers will be explored, in which the designed controllers will be incorporated into the modified ANFIS structure to obtain a non-linear controller. Then a performance comparison of the modified ANFIS will be performed using the different tuning methods and show a systematic methodology for use the modified ANFIS as global controller.
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ALAN CASSIO QUEIROZ BEZERRA LEITE
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Rastreamento da Máxima Potência Utilizando o Método Baseado na Temperatura com Modulação OCC Digital
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Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEXANDRE MAGNUS FERNANDES GUIMARAES
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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JOÃO TEIXEIRA DE CARVALHO NETO
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Data: 26/Jun/2017
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Os sistemas fotovoltaicos têm se destacado entre os diferentes tipos de fontes renováveis por converterem diretamente a luz solar em eletricidade, apresentarem baixa manutenção, bom rendimento na produção de eletricidade e não produzir gases do efeito estufa. Devido a algumas mudanças climáticas de temperatura, radiação e sombreamento no painel, a produção de eletricidade é comprometida e isso provoca uma queda na eficiência de geração dos painéis fotovoltaicos. Devido a isso, eles precisam de um sistema de rastreamento que faça o painel operar no ponto de máxima potência. Esses sistemas de rastreamento são os chamados rastreadores de máxima potência, ou Maximum Power Point Tracker - MPPT. O objetivo principal desse trabalho é montar um sistema de geração fotovoltaica controlado por um DSP TMS320F28335 e um conversor chaveado do tipo Boost, de modo que o sistema faça o rastreamento da máxima potência do painel, maximizando sua eficiência. Neste trabalho é implementada uma estratégia de controle baseada na medição da temperatura do painel para fornecer a tensão de referência equivalente ao ponto de máxima potência sob condições fora dos padrões internacionais de testes e simulando efeitos de sombreamento das células fotovoltaicas, variações de temperatura e carga. De acordo com a temperatura lida pelo sensor LM35, o DSP TMS320F28335 irá ajustar a tensão de referência do controlador Proporcional Integral resultando em um valor de ciclo de trabalho do conversor Boost. O chaveamento do conversor Boost será feito utilizando a técnica de controle de um ciclo One Cycle Control - OCC ao invés da bastante utilizada Modulação por Largura de Pulso, o PWM. A técnica de chaveamento OCC fornece algumas vantagens frente ao PWM como uma rápida resposta à mudança de referência, erro nulo em regime e rejeição de perturbações na entrada. As simulações e resultados experimentais mostram que esse esquema apresenta algumas vantagens em relação ao método convencional da Tensão Constante e outros métodos mais sofisticados como o Pertuba & Observa, além do OCC fornecer algumas vantagens frente ao PWM.
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Photovoltaic systems have stood out among the different types of renewable sources by directly converting sunlight into electricity, low maintenance, good performance in electricity production and do not produce greenhouse gases. Due to some climatic changes of temperature, radiation and shading on the panel, the production of electricity is compromised and this causes a decrease in the generation efficiency of the photovoltaic panels. Due to this, they need a tracking system that makes the panel operate at the maximum power point. These tracking systems are the so-called Maximum Power Point Tracker – MPPT. The main objective of this work is to build a photovoltaic generation system controlled by a DSP TMS320F28335 and switched converter boost type, so that the system traces the maximum panel power, maximizing your efficiency. In this work a control strategy is implemented based on the panel temperature measurement to provide the reference voltage equivalent to the maximum power point under outside conditions of international testing standards and simulating shading effects of photovoltaic cells and temperature and load variations. According to the temperature read by the sensor LM35, the DSP TMS320F28335 will adjust the reference voltage of the PI controller resulting in a duty-cycle value of the Boost converter. The switch of the boost converter will be done using the control technique One Cycle Control – OCC rather than the widely used Pulse Width Modulation – PWM. The OCC switching technique provides some advantages over PWM as a quick response to the reference change, null error in steady state and rejection of input disturbances. Simulations and experimental results show that this scheme presents some advantages over the conventional Constant Voltage method and other more sophisticated methods like Hill Climbing, besides OCC provide some advantages over PWM.
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MÁRIO SÉRGIO FREITAS FERREIRA CAVALCANTE
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Otimização de Controladores Fuzzy Tipo-2 Intervalares
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Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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MEMBROS DA BANCA :
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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ANDRE LAURINDO MAITELLI
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MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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OSCAR GABRIEL FILHO
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Data: 27/Jun/2017
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Industrialmente diversas estratégias e algoritmos de controle já são utilizadas e regis- tradas na literatura. Entre as técnicas existentes, os controladores fuzzy destacam-se pela sua capacidade de tratar com serveras não linearidades presentes em plantas reais e por conseguir representar o conhecimento especialista, que é impreciso e inexato matemati- camente. Este trabalho estudou dois tipos de controladores fuzzy existentes, baseados no modelo Sugeno, o fuzzy tipo-1, aqui classificado como fuzzy convencional, e o fuzzy tipo-2. Devido a complexidade em sintonizar controladores fuzyz que apresentam uma grande quantidade de parâmetros, esse trabalho propõe-se a testar diferentes métodos de otimi- zação metaheúristicos para a sintonia de controladores. Para validar os controladores obtidos foi utilizado um servo motor-DC da Quanser, um problema de controle que requer precisão e velocidade na correção do erro de segmento da referência. Com o intuito de comparar o comportamento dos controladores, otimizou-se um controlador PI para cada um dos sistemas. Para quantificar e qualificar cada contro- lador são utilizados três índices de avaliação, ITEA, IEA e o índice de Goodhart, este último utilizado por levar em consideração também o sinal de controle aplicado na planta. Pela análise dos resultados obtidos, o controlador fuzzy tipo-2 apresentou ganho sig- nificativo para o controle dessa planta, quando otimizado com o método PSO. Pelos re- sultados, pode-se também inferir que o algoritmo das formigas não mostrou-se adequado para esse problema, com a função de avaliação proposta.
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Differents stategies and control algorithms are already tested and registered by indus- try. Among the existing techniques, fuzzy controllers stand out for their ability to deal with nonlinearities present in real plants. Another fuzzy also allows to best represent ex- pert knowledge, which is mathematically inaccurate. This qualification proposal studied the two types of fuzzy controllers, based on Sugeno Model, the fuzzy type-1 is classified as conventional fuzzy and fuzzy type-2. In this study is used optimization techniques seeking to tune controllers in order to solve one of the biggest problem in fuzzy logic, its tunning. Ant colony, particle swarm and genetic algorithm are used and evaluated to this problem. A servo motor-dc is used to validate fuzzys controllers and pi controller obtained by optimization tecniques. In order to quantify and qualify each controller, three indices were used IEA, ITEA and Goodhart index. The results obtained prove that the type-2 fuzzy controller presented significant gain for the control of this plant, when optimized with the PSO method. From the results, it can also be inferred that the ant algorithm was not adequate for this problem, with the proposed evaluation function.
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ALLYSON FERNANDES DA COSTA SILVA
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Um Algoritmo Evolucionário para o Problema Dinâmico de Localização de Facilidades com Capacidades Modulares
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Orientador : DANIEL ALOISE
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MEMBROS DA BANCA :
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DANIEL ALOISE
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MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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CAROLINE THENNECY DE MEDEIROS ROCHA
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LEANDRO CALLEGARI COELHO
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Data: 30/Jun/2017
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Problemas de localização buscam determinar as melhores posições onde devem ser instaladas facilidades
de modo a atender demandas existentes. Pela vasta aplicabilidade da área, diversas características já
foram importadas aos modelos para melhor representar situações práticas. Uma delas generaliza os
modelos clássicos para situações em que decisões de localização devem ser tomadas periodicamente.
Outra permite que modelos tratem do dimensionamento das capacidades como uma variável do problema.
O Problema Dinâmico de Localização de Facilidades com Capacidades Modulares unifica estas e outras
características presentes em problemas de localização num único e generalizado modelo. Este problema
foi recentemente formulado na literatura onde uma abordagem exata foi introduzida e aplicada a
instâncias derivadas de um estudo de caso no contexto da exploração de recursos florestais. Neste
trabalho será apresentado um método alternativo para resolver o mesmo problema. O método escolhido
utiliza a estrutura da metaheurística Algoritmo Genético e a hibridiza com uma rotina de Variable
Neighborhood Descent com três vizinhanças de busca adaptadas de vizinhanças aplicadas a outros
problemas de localização. Experimentos atestaram a efetividade da metaheurística híbrida desenvolvida
em comparação a aplicação dos métodos puros. Na comparação com o método exato, a heurística se mostrou
competente ao chegar a soluções muito próximas do ótimo em praticamente todas as instâncias testadas.
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Location problems aim to determine the best positions where facilities should be installed in order to
meet existing demands. Due to its wide applicability, several characteristics have already been appended
to the models to better represent real situations. One of them generalizes classical models to the case
that location decisions should be taken periodically. Another allows models to deal with capacity sizing
as a problem variable. The Dynamic Facility Location Problem with Modular Capacities unifies these and
other characteristics present in location problems in a single and generalized model. This problem was
recently formulated in literature where an exact approach was introduced and applied to instances of a
case study in the context of the forestry sector. We present an alternative method to solve the same
problem. The method chosen uses a Genetic Algorithm metaheuristic framework and hybridizes it with a
Variable Neighborhood Descent routine with three neighborhoods adapted from others applied to location
problems. Experiments attested the effectiveness of the hybrid metaheuristic developed in comparison to
the use of those methods purely. Compared to the exact approach, the heuristic proved to be competent by
finding solutions very close to the global optimum in the majority of the tested instances.
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EVANDRO AILSON DE FREITAS NUNES
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Análise de Impactos da Rede Elétrica Decorrente da Inserção de Sistemas de Geração Fotovoltaicos.
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Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEXANDRE CUNHA OLIVEIRA
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FLAVIO BEZERRA COSTA
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RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
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THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
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Data: 30/Jun/2017
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Atualmente, os incentivos à geração de energia limpa vêm aumentando consideravelmente devido a limitação dos combustíveis fósseis, até então utilizados em abundância. Em paralelo, o conceito de geração distribuída também ganha força com a diminuição dos impostos aplicados sobre os componentes constituintes dos sistemas de geração de energia renovável. No entanto, a qualidade da energia elétrica (QEE) tem sido severamente afetada pelo aumento do número desses tipos de fontes de energia ligadas às redes de distribuição de baixa tensão. Nesta dissertação, será avaliado o impacto causado na rede elétrica devido à níveis variados de penetração de instalações fotovoltaicas. Nesse intuito, será realizado um estudo de caso que consiste em operar uma planta fotovoltaica de 10 kWp, composta por três topologias de sistemas conectadas ao ponto de acoplamento comum (PAC) de uma subestação com potência nominal de 15 kVA: topologia trifásica fixa de 8 kWp, monofásica fixa de 1 kWp e monofásica rastreável de 1 kWp. Esses sistemas fotovoltaicos utilizam dispositivos baseados em eletrônica de potência, como inversores construídos a partir de chaves semicondutoras, que, devido ao seu princípio de construção e funcionamento, afetam a forma de onda da tensão e/ou corrente elétricas, deteriorando a QEE. A partir da análise de indicadores de QEE, obtidos por meio da transformada discreta de Fourier (DFT), para as características de potência, harmônicos de tensão e corrente, desequilíbrios entre fases do sistema e regulação do fator de potência, será realizada uma análise do impacto gerado pela planta fotovoltaica no seu ponto de conexão com a rede elétrica. Os indicadores serão analisados e comparados com os padrões nacionais estabelecidos pelos padrões internacionais estabelecidos pelo IEEE (do inglês, Institute of Electrical and Electronics Engineers) com o objetivo de avaliar o impacto causado pela conexão da instalação fotovoltaica no PAC.
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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. In parallel, distributed generations increase with the reduction of the taxes of the embedded components of the renewable energy sources. However, the power quality (PQ) has been severely affected by the increasing number of these types of energy sources connected to low voltage distribution networks. In this dissertation, the impact on the utility grid will be evaluated under varying levels of a photovoltaic system penetration. A 10 kWp photovoltaic plant, composed of three system topologies connected to a 15 kVA substation common coupling point (PAC), will be carried out: a 8 KWp three-phase fixed topology, 1 kWp fixed single phase and 1 kWp traceable single phase. These photovoltaic systems are power electronics based devices, such as inverters constructed from semiconductor switches, which, due to their construction and operation, affect the waveform of the electrical voltage and current, deteriorating the QEE. From the analysis of PQ indices, obtained by means of discrete Fourier transform (DFT), for power characteristics, voltage and current harmonics, imbalanced levels among system phases and power factor regulation, an analysis of the impact generated by the photovoltaic plant at its point of connection with the utility grid will be performed. The indices will be analyzed and compared to the standards established by the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) in order to evaluate the impact caused by the connection of the photovoltaic system at the PAC.
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FABIO FONSECA DE OLIVEIRA
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Reconhecimento eficiente de objetos 3D usando multifoveamento em nuvem de pontos
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Orientador : RAFAEL BESERRA GOMES
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDERSON ABNER DE SANTANA SOUZA
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BRUNO MARQUES FERREIRA DA SILVA
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LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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RAFAEL BESERRA GOMES
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ROBERTO TEODORO GURGEL DE OLIVEIRA
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Data: 3/Jul/2017
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As inovações tecnológicas no campo de hardwares e sensores RGB-D permitiram realizar a aquisição de nuvens de pontos 3D em tempo real. Como consequência, surgiram variedades de aplicações interativas relacionadas ao mundo 3D que cada vez mais têm recebendo atenção dos pesquisadores. No entanto, um dos principais problemas que ainda permanece é o processamento computacionalmente intensivo que exige abordagens otimizadas para lidar com esse modelo de visão 3D, especialmente quando é necessário realizar tarefas em tempo real. Assim sendo, partimos da proposta de um modelo de multirresolução 3D apresentado como nuvens de pontos foveada que é uma possível solução para esse problema, mas se limita a uma única estrutura foveada com mobilidade dependente do contexto. Desse modo a nossa proposta é uma aperfeiçoamento desse modelo com a incorporação de múltiplas estruturas foveadas. Entretanto, a união de várias estruturas foveadas resulta em um considerável aumento de processamento, uma vez que há interseções entre regiões de estruturas distintas, as quais são processadas múltiplas vezes. Solucionamos esse problema propondo um modelo de multifoveamento que considera as interseções durante a união das estruturas foveadas. Tal modelo pode ser usado para identificar objetos em nuvens de pontos 3D, uma das tarefas chaves para a automação, com sincronização eficiente, permitindo a validação do modelo e verificação da sua aplicabilidade no contexto de visão computacional. Os resultados demonstram um ganho em desempenho do modelo de multifoveamento proposto em relação ao uso de múltiplas estruturas foveadas do modelo de nuvens de pontos.
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Technological innovations in the field of hardware and RGB-D sensors allowed real time 3D point clouds acquisition. As a consequence, varieties of interactive applications related to the 3D world, that have been receiving increasing attention from researchers, arisen. However, one of the main problems that still remains is the computationally intensive processing that requires optimized approaches to deal with this 3D vision model, especially when it is necessary to perform tasks in real time. Thus, we started from a proposed 3D multiresolution model presented as foveated point clouds which is a possible solution to this problem, but is limited to a single foveated structure with context dependent mobility. In this way, our proposal is an improvement of this model with the incorporation of multiple foveated structures. However, the union of several foveated structures results in a considerable increase of processing, since there are intersections between regions of distinct structures, which are processed multiple times. We address this problem by using a proposed multifoveated model that regards intersections on the union procedure. Such approach can be used to identify objects in 3D point clouds, one of the key tasks for automation, with efficient synchronization, allowing the validation of the model and verification of its applicability in the context of computer vision. The results demonstrate a gain in performance of the proposed model in relation to the use of multiple structures of the foveated point cloud model.
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TIAGO FERNANDES DE MIRANDA
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ANÁLISE DE DESEMPENHO DE TÉCNICAS DE INDICAÇÃO DE CAUSALIDADE APLICADAS A ALARMES INDUSTRIAIS
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Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
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CELSO JOSÉ MUNARO
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Data: 3/Jul/2017
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Os alarmes industriais são ferramentas fundamentais para a manutenção da segurança e saúde de processos industriais complexos, em meio ao monitoramento de milhares de variáveis de processo, o papel do operador se reduz ao trabalho por demanda da ocorrência de alarmes. Entretanto, um sistema de alarmes industriais mal projetado se torna ineficiente contra situação de anormalidade na indústria. Dentre os possíveis agentes degradantes de um sistema de alarmes estão os alarmes causais, estes se caracterizam pela dificuldade de identificação e pelo alto impacto no monitoramento de sistemas industriais. Diversos trabalhos na literatura estudam possíveis formas de identificar padrões de causalidade através de informações oriundas de processos industriais, tais formas se baseiam em métricas estatísticas e/ou matemática para obtenção dos resultados. Neste trabalho, foi posto em análise o desempenho de duas técnicas úteis para indicação de causalidade em séries temporais aplicadas em sinais de alarmes industriais, a saber: Correlação cruzada e Teste de causalidade de Granger. Como dados de alarmes industriais são inerentemente de natureza discreta, houve a necessidade de se realizar um pré-processamento sobre os dados de alarmes, através de uma técnica de suavização de sinais, antes de se aplicar em ambas as técnicas. Para validação das técnicas em estudo, foram utilizados dados de alarmes industriais oriundos de cenários de simulação de geração de alarmes com características bastante realísticas. Por fim, foram utilizados dados de alarmes industriais provenientes do benchmark Tennessee Eastman Process como resultados de uma aplicação real. Sendo assim, os resultados obtidos indicam que, em aspectos gerais, o Teste de causalidade de Granger desempenhou uma eficiência maior que a correlação cruzada na tarefa de indicação de relações causais em alarmes industriais.
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Industrial alarms are fundamentals tools for maintenance of safety and health from complex industrials process, between monitoring of thousands of process variables, the operator’s role is reduced to work on demand of alarms occurrence. However, an industrial alarms system poorly designed becomes inefficient against industrial abnormality situation. Among the possible degrading agents of an alarm system are the causal alarms, these are characterized by the difficulty of identification and by the high impact in monitoring industrial systems. Several works in the literature study possible ways of identifying causality patterns through information from industrials process; such ways are based in statistics and/or mathematical metrics to obtain the results. In this work, the performance of two causality indication methods applied to industrial alarms was analyzed, namely: Cross-correlation and Granger causality test. As alarm data have a discrete characteristic on the time, it was necessary to perform a preprocessing on them, via a signal smoothing technique, before applying both methods. To validate the methods under study, industrial alarms data from simulation scenarios of alarms generation with very realistic characteristic were used. Lastly, industrial alarms data from Tennessee Eastman Process benchmark were used as real application results. Therefore, the results indicate that, in general aspects, the Granger causality test performed a greater efficiency than the cross-correlation in the task of indication causal relations between industrial alarms.
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DANNILO MARTINS CUNHA
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Arquitetura de Software Voltada para a Avaliação Contínua do Processo de Ensino-Aprendizagem
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Orientador : AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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MEMBROS DA BANCA :
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AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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RUMMENIGGE RUDSON DANTAS
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SAMUEL OLIVEIRA DE AZEVEDO
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Data: 3/Jul/2017
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Este trabalho tem o objetivo de apresentar a estrutura, a descrição e a validação de uma arquitetura de software que tenha a capacidade de possibilitar a construção de ferramentas cujo propósito principal é o de realizar a avaliação contínua do desempenho do aluno no processo de ensino-aprendizagem utilizado pela classe docente durante suas aulas. Através de uma metodologia de caráter exploratório e a fim de validar a arquitetura de software proposta, foram realizados três estudos de caso nas turmas do 1o ano do curso de informática do Campus Avançado de Lajes do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte (IFRN). Esses estudos de caso abordaram o assunto de funções exponenciais da disciplina de matemática 1. Logo após o professor ministrar o assunto de funções exponenciais, uma avaliação composta por apenas uma única questão objetiva foi construída e disponibilizada para a turma durante uma aula expositiva. Em seguida, esses alunos responderam a avaliação em questão, permitindo que o professor gerasse um breve relatório a respeito do desempenho da turma em relação ao conteúdo abordado em sala de aula. Uma vez de posse desses dados, o professor teve condições de decidir se realizava uma revisão a respeito do assunto ministrado ou se dava sequência ao desenvolvimento de sua disciplina. Em um estudo de caso, o professor observou que ele poderia dar sequência ao desenvolvimento de sua disciplina. No entanto, nos demais casos, o professor percebeu que ele deveria realizar uma breve revisão a respeito do conteúdo abordado, visto que as turmas haviam apresentado um desempenho muito baixo. Esse processo de avaliação se deu através da utilização de um sistema esquelético desenvolvido com base na arquitetura de software proposta. O sistema construído foi implementado através da utilização de tecnologias web a fim de disponibilizá-lo na Internet e, dessa forma, estar mais acessível aos alunos, seja por um notebook, tablet, smartphone ou qualquer outro dispositivo que possibilitasse o acesso à Internet. Pode-se dizer que essa é uma maneira ágil de fornecer um melhor direcionamento em relação aos assuntos ministrados durante as aulas dos professores. Além disso, a arquitetura de software proposta dá a possibilidade de desenvolver uma plataforma de ensino que englobe alunos, professores e até coordenadores dos mais diversos cursos.
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This work aims to present the structure, description and validation of a software architecture that has the capacity to enable the construction of tools whose main purpose is to carry out the continuous assessment of student performance in the teaching- learning process used by the teaching class during their classes. Through an exploratory methodology and in order to validate the proposed software architecture, three case studies were carried out in the 1st year classes of the computer science course of Lajes Advanced Campus of the Federal Institute of Education, Science and Technology of Rio Grande do Norte (IFRN). These case studies dealt with the subject of exponential functions of mathematics 1. Shortly after the teacher delivered the subject of exponential functions, an evaluation consisting of only a single objective question was constructed and made available to the class during an expository lesson. These students then responded to the assessment in question, allowing the teacher to generate a brief report about the class's performance in relation to the content addressed in the classroom. Once in possession of these data, the teacher was able to decide whether to carry out a review of the subject matter or to follow up the development of his discipline. In a case study, the teacher noted that he could follow up the development of his discipline. However, in the other cases, the teacher realized that he should make a brief review regarding the content addressed, since the classes had presented a very low performance. This evaluation process occurred through the use of a skeletal system developed based on the proposed software architecture. The built system was implemented through the use of web technologies in order to make it available on the Internet and, therefore, be more accessible to students, be it a notebook, tablet, smartphone or any other device that would allow access to the Internet. It can be said that this is an agile way of providing a better direction in relation to the subjects taught during the teachers' classes. In addition, the proposed software architecture gives the possibility to develop a teaching platform that includes students, teachers and even coordinators of the most diverse courses.
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HENRIQUE ADLER MEDEIROS SILVA
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ANÁLISE DE ANTENAS DE MICROFITA BIOINSPIRADAS E FRACTAIS
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Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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JOSE PATROCINIO DA SILVA
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
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ALFREDO GOMES NETO
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GERVASIO PROTASIO DOS SANTOS CAVALCANTE
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VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
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Data: 5/Jul/2017
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A engenharia bioinspirada é um campo de pesquisa interdisciplinar, que inclui áreas específicas, tais como: biologia, engenharia, ciências físicas e biomimética. As múltiplas e bem-sucedidas aplicações, na engenharia moderna de sistemas inspirados em mecanismos da própria biologia, têm incentivado os pesquisadores de telecomunicações a utilizar a engenharia bioinspirada no aprimoramento dos sistemas de comunicação sem fio. Nesse sentido, essa dissertação procura investigar as aplicações das anatomias naturais das plantas em antenas de microfita. Além disso, é apresentada uma antena fractal de operação multibanda, com um modelo criado a partir de função iterativa, conhecido como a Árvore de Pitágoras. As antenas foram simuladas utilizando o substrato FR-4 de fibra de vidro/epóxi com constante dielétrica de 4,4 e espessura de 1,57mm. As estruturas foram caracterizadas com a ferramenta de análise Ansoft Designer, a qual implementa o método dos momentos (MoM). Alguns protótipos foram manufaturados e medidos em um analisador de rede vetorial, para fins de comparação.
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Bio-inspired engineering is an interdisciplinary field of research, which includes specific areas such as: biology, engineering, physical sciences and biomimetics. The multiple and successful applications, in modern systems engineering inspired by biology's own mechanisms, have encouraged telecom researchers to use bio-inspired engineering to improve wireless communication systems. In this sense, this dissertation tries to investigate the applications of the natural anatomy of the leaves of the plants in microstrip antennas. In addition, a fractal antenna of multiband operation is presented, with a model created from an iterative function, known as the Tree of Pythagoras. The antennas are simulated on a fiberglass/epoxy FR-4 substrate with a dielectric constant of 4.4 and thickness of 1.57mm. The structures are analyzed using Ansoft Designer software, which implements the method of moments (MoM). Some prototypes are manufactured and measured using a vector network analyzer, for comparison purpose.
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DANIELSON FLÁVIO XAVIER DA SILVA
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Simulador Computacional do Método de Elevação Artificial Plunger Lift e Implementação de Controladores para Estudo Comparativo
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Orientador : ANDRE LAURINDO MAITELLI
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRE LAURINDO MAITELLI
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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OSCAR GABRIEL FILHO
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Data: 10/Jul/2017
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Este trabalho aborda o método de elevação artificial chamado plunger lift que é utilizado em poços com baixa pressão de reservatório. Este método utiliza um êmbolo mecânico para auxiliar a subida do óleo do fundo do poço até a superfície através do fechamento e abertura do poço com intervalo de tempo distintos. O plunger lift possui algumas etapas que, quando concluídas, completam um ciclo. Foi desenvolvido um simulador em Java com o modelo matemático criado no projeto AUTOPOC desenvolvido no LAUT na linguagem C++. Foram implementados dois tipos de controle para este método: controle por temporização e controle por pressão de revestimento. Por fim, resultados são obtidos com o simulador e então comparados para uma análise detalhada e retirado conclusões acerca da eficiência dos controladores implementados.
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This work aboard the artificial lift method named plunger lift that is used in wells with low reservoir pressure. This method uses a mechanical plunger to help the oil lift from the bottom of the well to the surface through the well closing and opening with different time interval. The plunger lift has some stages that, when concluded, complete a cycle. It was developed a simulator in Java with mathematical model created in the AUTOPOC project developed at LAUT in C++ language. It were implemented two types of controls for this method: time control and control by casing pressure. In the end, results are obtained with the simulator and then compared for detailed analysis and take conclusions about the efficiency of the implemented controllers.
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AMANDA LUCENA GERMANO
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Análise de Desempenho de Abordagens Orientadas a Fluxos de Dados Aplicadas à Detecção de Falhas de Processos Industriais
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Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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FLAVIO BEZERRA COSTA
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BRUNO SIELLY JALES COSTA
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Data: 31/Jul/2017
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Com a necessidade do aumento da qualidade dos produtos e do desempenho dos processos, o grau de automação cresceu bastante nas indústrias. Com isso, os sistemas estão cada vez mais complexos e vêm acompanhados por problemas difíceis de resolver devido à alta dimensionalidade desses sistemas e do grande volume do fluxo de informações necessárias, além da aleatoriedade de falhas e defeitos. Uma falha inesperada pode levar a riscos operacionais, por isso a importância de detectar e localizar a falha, principalmente quando a planta industrial ainda está operando em uma região controlável e é possível agir para trazer o processo de volta para o estado normal, seguro e operacional. Assim, é desejável que o sistema de detecção de falhas forneça respostas rápidas e confiáveis com um esforço computacional adequado para processamento em tempo real, mesmo necessitando tratar com grandes quantidades de dados. Para trabalhar com grandes quantidades de dados em tempo real, surgiu o modelo de data stream, que consiste de uma sequência ordenada de pontos que só podem ser lidos apenas uma ou algumas poucas vezes. Essa área cresceu bastante nos últimos anos, principalmente devido a grande quantidade de sistemas que precisavam tratar com dados desse tipo, que incluem desde dados do mercado financeiro, registros telefônicos, transações web a dados médicos, redes de sensores ou mesmo dados multimídia. Diante da relevância do tema de detecção de falhas, nessa tese foram utilizados o TEDA (Typicality and Eccentricity Data Analytics), o RDE (Recursive Density Estimation) e o R-PCA (Recursive Principal Component Analysis) como ferramentas para detecção de falhas em processos industriais. Para a análise do desempenho de cada uma dessas abordagens foi utilizado o clássico benchmark Tennessee Eastman Process.
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In order to increase product quality and process performance, the degree of automation has grown significantly in industries. As a result, systems are increasingly complex and are accompanied by problems that are difficult to solve due to the high dimensionality of these systems and the large amount of information flow, as well as the randomness of faults and defects. An unexpected failure can lead to operational risks, so the importance of detecting and locating the fault, especially when the industrial plant is still operating in a controllable region and it is possible to act to bring the process back to normal, safe and operational. Thus, it is desirable for the fault detection system to provide fast and reliable responses with a computational effort appropriate for real-time processing, even though it requires handling large amounts of data. In this context, data stream-oriented algorithms to outlier detection may be promising candidates for fault detection of industrial process, because they work with sequences of temporarily ordered samples. In addition, they handle well with large amount of data because they are recursive and online algorithms that do not need to store past samples. Thus, in this dissertation two algorithms of this class are analyzed, named TEDA (Typicality and Eccentricity Data Analytics) and RDE (Recursive Density Estimation), when applied to fault detection of industrial processes. Their performances are compared to R-PCA (Recursive Principal Component Analysis) algorithm. The classic Tennessee Eastman Process benchmark was used as case study to evaluate these algorithms.
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GILLES VELLENEUVE TRINDADE SILVANO
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Avaliação de desempenho em redes sem-fio virtuais para aplicações em Internet das Coisas
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Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
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LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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MARCELO HENRIQUE RAMALHO NOBRE
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Data: 4/Set/2017
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Atualmente a Internet das Coisas (Internet of Things - IoT) é uma realidade e suas aplicações têm sido aplicadas em diferentes cenários, cada um com suas próprias restrições e requisitos. Cada nova aplicação IoT desenvolvida para um determinado cenário passa por um processo de validação e homologação antes de ser embarcada em dispositivos reais para produção. Durante o processo de validação dessas aplicações são avaliados aspectos de software, hardware e comunicação. Nesse trabalho será enfatizado aspectos de comunicação, onde dispositivos IoT majoritariamente adotam tecnologias sem fio. Nesse sentido, existem basicamente duas metodologias básicas de validação: testes de bancada reais ou simuladores de redes. Teste de bancada é o método que proporciona resultados mais acurados haja vista utilizar dispositivos reais. Contudo, em cenários mais complexos, com alta densidade de dispositivos ou mobilidade, a validação utilizando testes de banca é bastante custosa. Por outro lado, ambientes de simulação de redes não possuem essas restrições, sendo limitados pela qualidade dos modelos matemáticos que regem o comportamento das simulações, pelos recursos computacionais disponíveis e pelo próprio simulador. Dentre os vários desafios existentes na simulação de redes, incorporar técnicas que utilizem os códigos reais dos protocolos de comunicação apresentam resultados mais próximos dos experimentos de testes de bancada. Uma solução em potencial é a simulação virtual de redes, no contexto desse trabalho, redes virtuais sem fio. A virtualização das redes sem-fio possibilita que variáveis de ambiente possam ser manipuladas e estendidas a um custo muito baixo comparado aos testes de bancada. Portanto, este trabalho consiste em avaliar o desempenho e aplicabilidade de um simulador de redes sem-fio virtuais na validação de novas aplicações de IoT com restrições complexas.
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Nowadays Internet of Things (IoT) is a reality and its applications has been applied in many different scenarios, each with its own constraints and requirements. Each new IoT application developed to a specific scenario is tested and validated before being shipped on real devices for production. During the application’s validation process aspects of software, hardware and communications are evaluated. In this work we will cover the aspects of communications, since IoT devices mostly adopt wireless technologies. In this way, exists basically two validation methodologies: real testbeds or network simulators. Real testbeds is the method that provides the most accurate results as it uses real devices. However, in more complex scenarios, with high density of devices or mobility, the validation process using real testbeds is very costly. On the other hand, network simulation environments doesn’t have these constraints, being limited by the quality of mathematical models used during simulations, the resources available and by the simulator. Among the existing challenges in network simulations, incorporate techniques using real communication protocol’s code produce more accurate results compared to real testbeds. A potential solution is the virtual network simulation, in the context of this work, virtual wireless networks. The virtualization of wireless networks enable environment variables being manipulated and extended by a very low cost compared to real testbed methods. Thus, this work aims the performance validation and applicability of a virtual wireless network simulator in validation of new IoT applications with complex constraints.
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SERGIO ROBERTO DANTAS
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Proposta de uma Nova Estrutura Multifractal com Baixa Sensibilidade da Frequência de Ressonância com Relação à Periodicidade
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Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
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MEMBROS DA BANCA :
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ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
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ERICO CADINELI BRAZ
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JOSE PATROCINIO DA SILVA
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Data: 6/Set/2017
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As superfícies seletivas em frequência têm recebido grande atenção por parte de pesquisadores em todo o mundo, devido a suas características de filtragem. Estas estruturas evoluíram em termos de fabricação. Assim, as geometrias utilizadas, inicialmente, eram fios em forma de grade e posteriormente, diversos tipos de novas geometrias tais como: elementos retangulares, quadrados, circulares, anéis, espiras quadradas etc., foram utilizados. Recentemente, elementos fractais e, mais recentemente, multifractais foram empregados. O emprego dessas geometrias é feito com o objetivo de se obter uma resposta em frequência específica. Parâmetros importantes, como largura de banda e frequência de ressonância são atendidos a partir do emprego de uma determinada geometria. Neste trabalho é proposto uma geometria multifractal com dupla similaridade, que tem como característica principal baixa sensibilidade à variação da periodicidade com relação à frequência de ressonância. Essa especificidade trará ganho no que diz respeito à elaboração do projeto, pois o controle da largura de banda é feito apenas com a alteração da periodicidade. Diversas simulações foram implementadas no ANSOFT DESIGNER, para efeito de comprovação, estruturas tradicionais foram simuladas, visando à demonstração do efeito da periodicidade na frequência de ressonância e, em seguida, dois protótipos foram construídos e efetuado medições para validar experimentalmente as simulações feitas.
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Frequency selective surfaces have received great attention from researchers around the world, due to their filtering characteristics. These structures evolved in terms of manufacturing. Thus, the geometries used, initially, were yarns in the form of a grid and later, several types of new geometries such as: rectangular, square, circular, rings, square coils, etc. were used. Recently, fractals and, more recently, multifractal elements have been employed. The use of these geometries is done in order to obtain a specific frequency response. Important parameters such as bandwidth and resonant frequency are met from the use of a given geometry. This work proposes a multifractal geometry with double similarity, which has as main characteristic low sensitivity to the variation of the periodicity with respect to the resonance frequency. This specificity will bring gain with regard to the elaboration of the project, because the control of the bandwidth is made only with the change of periodicity. Several simulations were implemented in the ANSOFT DESIGNER, for demonstration purposes, traditional structures were simulated, aiming at demonstrating the effect of periodicity on resonance frequency, and then two prototypes were constructed and measurements were made to experimentally validate the simulations.
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DANIEL HOLANDA NORONHA
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Proposta de Implementação em FPGA de Máquina de Vetores de Suporte (SVM) utilizando Otimização Sequencial Mínima (SMO)
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Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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MEMBROS DA BANCA :
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ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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ANTONIO CARLOS SCHNEIDER BECK FILHO
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JOSE ALBERTO NICOLAU DE OLIVEIRA
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MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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Data: 20/Nov/2017
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A importância do uso de FPGAs como aceleradores vem crescendo fortemente nos últimos anos. Companhias como Amazon, Microsoft e Baidu estão incorporando FPGAs em seus data centes, objetivando especialmente acelerar algoritmos em suas ferramentas de busca. No centro dessas aplicações estão algoritmos de aprendizado de máquina, como é o caso da Máquina de Vetor de Suporte (SVM). Entretanto, para que essas aplicações obtenham a aceleração desejada, o uso eficiente dos recursos das FPGAs é necessário. O projeto possui como objetivo a implementação paralela em hardware tanto da fase feed-forward de uma Máquina de Vetores de Suporte (SVM) quanto de sua fase de treinamento. A fase feed-forward (inferência) é implementada utilizando o kernel polinomial e de maneira totalmente paralela, visando obter a máxima aceleração possível ao custo de uma maior utilização da área disponível. Além disso, a implementação proposta para a inferência é capaz de computar tanto a classificação quanto a regressão utilizando o mesmo hardware. Já o treinamento é feito utilizando Otimização Sequencial Mínima (SMO), possibilitando a resolução da complexa otimização da SVM através de passos simples. A implementação da SMO também é feita de modo extremamente paralelo, fazendo uso de técnicas para aceleração como a cache do erro. Ademais, o Kernel Amigável ao Hardware (HFK) é utilizado para diminuir a área utilizada pelo kernel, permitindo que um número maior de kernels seja implementado em um chip de mesmo tamanho, acelerando o treinamento. Após a implementação paralela em hardware, a SVM é validada por simulação e são feitas análises associadas ao desempenho temporal da estrutura proposta, assim como análises associadas ao uso de área da FPGA.
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Recent years have seen a dramatic increase in the importance of
Field-Programmable Gate Arrays as compute accelerators. Companies such as
Amazon, IBM, Microsoft, and Baidu have started including FPGAs in their data centers aiming to accelerate their search engines. In the center of those applications are many machine learning algorithms, such as Support Vector Machines (SVMs). For FPGAs to thrive in this new role, the effective usage of FPGA resources is required. The project’s main goal is the parallel FPGA implementation of both the feed-forward phase of a Support Vector Machine as well as its training phase. The feed-forward phase (inference) is implemented using the polynomial kernel in a highly parallel way in order to obtain maximum throughput at the cost of some extra area. Moreover, the inference implementation is capable of computing both classification and regression using a single hardware. The training phase of the SVM is implemented using Sequential Minimal Optimization (SMO), which enables the resolution of a complex convex optimization problem using simple steps. The SMO implementation is also highly parallel and uses some acceleration techniques, such as the error cache. Moreover, the Hardware Friendly Kernel (HFK) is used in order to reduce the kernel's area, enabling the increase in the number of kernels per area. After the parallel implementation in hardware, the SVM is validated by simulation. Finally, analysis associated with the temporal performance of the proposed structure, as well as analysis associated with FPGA’s area usage are performed.
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RUANN VÍCTOR DE ANDRADE LIRA
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Obtenção de parâmetros construtivos para antenas de microfita utilizando o Método Taguchi de otimização
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Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
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MEMBROS DA BANCA :
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ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
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GUTEMBERGUE SOARES DA SILVA
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JOSE PATROCINIO DA SILVA
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ROBSON HEBRAICO CIPRIANO MANICOBA
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Data: 24/Nov/2017
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O trabalho tem como objetivo encontrar os parâmetros necessários, para a construção de antenas de microfita, usando patches de formato retangular e circular. Para isso, utiliza-se a técnica de otimização, através do MétodoTaguchi, na qual cada parâmetro é definido a partir da frequência de operação, definida pelo usuário, das características elétricas do material, que será utilizado, para fabricar a antena (espessura do substrato e constante dielétrica do material) e da definição de valores máximo e mínimo, que os parâmetros podem atingir.
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The aim of this work is to find the need parameters for build microstrip antennas, using square and circular patch elements. For this, the optimization technique is used, through the Taguchi Method, where each parameter is defined from the desired operation frequency by the user, of the electrical characteristics of the material that will be used to fabricated the antenna (substrate thickness and constant dielectric of the material) and the definition of maximum and minimum values that the parameters can achieve.
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JOÃO PAULO DE OLIVEIRA E SILVA
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Implementação de Controle baseado em Impedância Virtual para Sistemas Fotovoltaicos conectados à Rede Elétrica
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Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
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MEMBROS DA BANCA :
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FLAVIO BEZERRA COSTA
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ALEXANDRE MAGNUS FERNANDES GUIMARAES
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THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
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CECÍLIO MARTINS DE SOUSA NETO
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Data: 24/Nov/2017
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O conceito de impedância virtual tem sido crescentemente usado em sistemas baseados em eletrônica de potência. Os esquemas de controle baseados em impedância virtual oferecem um meio de modelar o perfil dinâmico dos conversores, essencialmente utilizando um conceito de controle orientado a circuito com a vantagem de não ter perdas. O uso de impedâncias virtuais para o controle da impedância de saída permite que os conversores possam prover funções auxiliares como o controle do fluxo de potência, tolerância a faltas, compensação de distorção harmônica e melhorar a estabilidade dos conversores frente a diferentes condições de carga e da rede. Nesta dissertação de mestrado propõe-se a implementação de uma estratégia de controle baseada em impedância virtual em um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica através de um conversor trifásico. Diferentes implementações de impedâncias virtuais e suas funções são apresentadas. O sistema fotovoltaico utilizado e a estratégia de controle utilizada, baseada em impedância virtual, são descritos e resultados experimentais da implementação da impedância virtual são apresentados, validando a estratégia de controle proposta.
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Virtual impedance concept has been increasingly used in power electronics-based Power systems. Virtual-impedance-based control schemes provide a way of shaping converters dynamic profile, primarily using a circuit-oriented control concept, with the advantage of having no power losses. Using virtual impedances for output impedance control allows converters to provide auxiliary functions as power flow control, grid fault ride-through, harmonic compensation, and improve converter stability against different grid and load conditions. This master’s thesis qualifying proposes an implementation of virtual impedance-based control scheme on a photovoltaic system grid-connected three phase inverter. Different virtual impedance implementations and their functions are presented. The photovoltaic system considered and virtual impedance-based control scheme are described, and simulation results are presented. At last, preliminary experimental results of practical impedance implementation are presented.
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MATHEUS FERNANDES TORQUATO
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Proposta de implementação paralela de algoritmo genético em FPGA
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Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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MEMBROS DA BANCA :
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MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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JOSE ALBERTO NICOLAU DE OLIVEIRA
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RICARDO PEZZUOL JACOBI
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Data: 1/Dez/2017
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Os Algoritmos Genéticos (AGs) são utilizados para resolver problemas de busca e otimização no qual, uma solução ótima pode ser encontrada utilizando um processo iterativo e usando transições probabilísticas e não determinísticas. Todavia, dependendo do tipo de problema, o tempo para encontrar a solução pode ser elevado em máquinas sequenciais devido à complexidade computacional do algoritmo genético. Assim, esse trabalho possui como objetivo o desenvolvimento de um protótipo associado a uma implementação paralela de um algoritmo genético em FPGA (Field-programmable gate array). O principal objetivo do desenvolvimento dessa arquitetura é a otimização do tempo de processamento do sistema. Resultados associados com o tempo de processamento e a área ocupada para vários tamanhos de população foram analisados. Estudos relativos à precisão da resposta do algoritmo genético para o problema de otimização de funções com uma e duas variáveis também foram analisados para a implementação em hardware. Todo projeto foi desenvolvido utilizando a plataforma de desenvolvimento System Generator da Xilinx tendo como FPGA alvo um Virtex-7 xc7vx550t-1ffg1158 FPGA.
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Genetic Algorithms (GAs) are used to solve search and optimization problems in which an optimal solution can be found using an iterative process and using probabilistic and non-deterministic transitions. However, depending on the type of problem, the time required to find a solution can be high in sequential machines due to the computational complexity of genetic algorithm. This work proposes a parallel implementation of a genetic algorithm on field-programmable gate array (FPGA). Optimization of the system’s processing time is the main goal of this project. Results associated with the processing time and area occupancy (in FPGA) for various population size are analyzed. Studies concerning the accuracy of the GA response for the optimization of functions with one and two variables were also analyzed for the hardware implementation. The project was developed using the System Generator software (Xilinx development platform) and the Virtex-7 xc7vx550t-1ffg1158 FPGA.
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MAURÍCIO RABELLO SILVA
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Análise de Desempenho de Rede de Comunicação para um Sistema Multi VANT Aplicado à Varredura de Área de Impacto de Foguetes
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Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
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MEMBROS DA BANCA :
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PABLO JAVIER ALSINA
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ADELARDO ADELINO DANTAS DE MEDEIROS
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MARCELO BORGES NOGUEIRA
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FELIPE DENIS MENDONCA DE OLIVEIRA
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Data: 1/Dez/2017
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Pesquisas relacionadas com sistemas utilizando diversos veículos aéreos não tripulados (multi VANTs) vem crescendo nos últimos anos. Entre os desafios enfrentados, uma rede de comunicação de dados robusta é crucial para cooperação e colaboração entre VANTs. No projeto da rede devem ser levados em conta fatores como o propósito da missão da esquadrilha, planejamento de caminho e trajetória, coleta de dados dos sensores e suprimento energético. Desta forma, o presente trabalho apresenta a especificação de uma arquitetura de rede de comunicação de dados para uma esquadrilha de Veículos Aéreos Não Tripulados a serem utilizados na varredura da área de impacto de foguetes lançados a partir do Centro de Lançamento da Barreira do Inferno (CLBI – Rio Grande do Norte). Assim, realiza-se um estudo sobre as principais características das redes de comunicação para sistemas multi VANT e as especificidades da aplicação abordada neste projeto. São propostas duas estratégias diferentes para a varredura da área de impacto de foguetes. São analisadas as características das redes para sistemas multi VANTs mais adequadas a estas estratégias, de forma a fazer uma análise comparativa entre as mesmas e definir uma arquitetura apropriada para a aplicação. Dentro deste contexto, é proposta uma arquitetura de rede, com base em módulos Xbee Pro 900HP, integrados em uma plataforma de hardware controlada por computador embarcado, equipado com GPS e placa controladora de piloto automático. É idealizado e implementado um plano de testes com os dispositivos Xbee para avaliar o desempenho destes na arquitetura de rede proposta em termos de robustez, confiabilidade e economia de energia. Para aferição do desempenho nos possíveis cenários de formação da esquadrilha de VANTs são utilizados softwares de gerencia de rede, visando medir a largura de banda (throughput), perda de pacotes e outros indicadores de desempenho nos links de comunicação entre os diferentes nós da rede.
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Research on Multi Unmanned Aerial Systems (Multi-UAV) is growing in recent years. Among several scientific and technical challenges, a robust data communication network is crucial for the cooperation and collaboration between the UAVs.
The network design must take into account factors such as the purpose of the mission, trajectory and path planning, sensor data collection and energy supply. In this way, the present work presents the specification of a data communication network architecture for a squadron of Unmanned Aerial Vehicles to be used in the scanning of the rocket impact area for CLBI rocket launch center (Rio grande do Norte, Brazil).
Thus, a study on the main characteristics of communication networks for multi-UAV systems and the specificities of the application addressed in this project is done. Two different strategies for the scanning of the rocket impact area are proposed. In order to do a comparative analysis between these strategies and to define an appropriate architecture for the application, the characteristics of the networks for multi-UAV systems that are more appropriate to them are analyzed.
In this context, a network architecture based on Xbee Pro 900HP S3B modules, integrated in an embedded computer hardware platform, equipped with GPS and autopilot controller board is proposed. A test plan with Xbee devices is conceived and implemented in orderto evaluate their performance in the proposed network architecture in terms of robustness, reliability and energy economy.
In order to measure performance in the possible UAV squad formation scenarios, network management software is used to measure throughput, packet loss and other performance indicators in the communication links between the different nodes of the network.
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ANDRE HENRIQUE MATIAS PIRES
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Análise Multinível Wavelet como Função de Avaliação na Sintonia de Controladores Utilizando Metaheurísticas
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Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRE LAURINDO MAITELLI
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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OSCAR GABRIEL FILHO
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ROBERTO KAWAKAMI HARROP GALVAO
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Data: 6/Dez/2017
Ata de defesa assinada:
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O controle de sistemas dinâmicos apresenta-se como um desafio, os métodos tradicionalmente utilizados na sintonia apresentam a dificuldade em expressar as especificações pretendidas e conseguir encontrar controladores que atendam a esses requerimentos, sobretudo quando o caso exige controladores mais complexos, é o caso de problemas MIMO (Multiple Input Multiple Output). Devido a crescente competitividade na indústria, torna-se imprescindível utilizar técnicas de sintonia mais eficientes e que de fato consigam encontrar controladores com desempenho pretendido. Pode-se, para isso, utilizar-se das metaheurísticas, como Particle Swarm Optimization (PSO), Algoritmo Genético (AG) e Algoritmo do Vagalume para a obtenção dos parâmetros do controlador de acordo com uma função de avaliação, a qual deve conseguir, de fato, codificar o quão bom é um dado controlador, expressando de forma adequada as especificações desejadas, de modo que a metaheurística empregada consiga encontrar o controlador ótimo, que melhor satisfaça a função de avaliação escolhida. Em vista disso, propõe-se a utilização da análise wavelet mutiníveis, já muito presente na literatura, voltada para outras aplicações, sobretudo na análise de sinais, sons e imagens, para a confecção de um índice a ser utilizado como função de avaliação na otimização da sintonia de controladores. A análise wavelet permite a apreensão de informações do comportamento e forma do sinal, informando frequência de um sinal ao longo do tempo, característica que pode ser desejável, na avaliação e projeto de controladores sendo, assim, possível avaliar separadamente o desempenho do transitório e do regime permanente. Será feito um estudo de caso, encontrando o controle de um sistema MIMO de quatro tanques acoplados. Foi feito um estudo comparativo com outras funções de avaliação apresentadas na literatura e com o método do LGR (Lugar Geométrico das Raízes). Os controladores implementados apresentaram o desempenho esperado, e aquele encontrado utilizando o índice proposto presentou melhor desempenho.
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The control of dynamic systems is a challenge, the methods traditionally used in tuning present the difficulty in expressing the desired specifications and being able to find controllers that produce these requirements, especially when the case requires more complex controllers, it is the case of Multiple Input Multiple Output (MIMO) problems. Due to the increasing competitiveness in the industry, it becomes imperative to use more efficient tuning techniques and that in fact can find controllers with the desired performance. For this, one can use metaheuristics, such as Particle Swarm Optimization (PSO), Genetic Algorithm (AG) and Vagalume Algorithm to obtain the parameters of the controller according to a fitness function, which should in fact code how good a given controller is, adequately expressing the desired specifications, so that the metaheuristic employed can find the optimal controller, which best satisfies the chosen fitness function. Therefore, it is proposed to use the multilevel wavelet analysis, already present in the literature, focused on other applications, especially in the analysis of signals, sounds and images, for the creation of an index to be used as a fitness function in control optimization. Wavelet analysis allows to capture information on the behavior and shape of the signal by informing the frequency of a signal over time, a characteristic that may be desirable, in the evaluation and design of controllers and, thus, it is possible to separately evaluate the performance transitional and permanent arrangements. A case study will be done, finding control of a MIMO system of four coupled tanks. A comparative study was made with other fitness functions presented in the literature and with the Root Locus method. The implemented controllers presented the expected performance, and the one found using the proposed index presented better performance.
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PEDRO MAIA DE SANTANA
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Soluções de Coexistência LTE/Wi-Fi em Banda Não Licenciada
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Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
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MEMBROS DA BANCA :
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VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
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ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
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ÁLVARO AUGUSTO MACHADO DE MEDEIROS
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Data: 7/Dez/2017
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Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo sobre a aplicação de redes LTE no espectro ISM (Industrial Scientific and Medical) e seu consequente impacto sobre tecnologias comumente coexistentes na mesma faixa de frequência. Inicialmente, é realizada uma elucidação teórica sobre as regulamentações que envolvem o uso de espectro não-licenciado. Na sequência, são apresentadas as principais soluções de coexistência do LTE nesse meio, destacando-se o mecanismo recentemente padronizado pelo 3GPP, o LTE-LBT, e tecnologias específicas de empresas pioneiras na área, tais como uma solução LTE-DC. Como elemento prático complementar à investigação teórica inicial, são desenvolvidas análises de desempenho das respectivas soluções utilizando o simulador ns-3. A novidade do trabalho é materializada pela apresentação de uma proposta de solução para o mecanismo Carrier-Sensing Adaptive Transmission (CSAT). Essa solução, baseada em aprendizado de máquina, visa melhorar o desempenho conjunto dos sistemas que coexistem na faixa ISM. Essa solução adaptativa é comparada com as soluções clássicas e o seu ganho é evidenciado em cenários definidos por órgãos de padronização mundial.
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The objective of this master thesis plan is to perform a study on the application of LTE networks in the ISM (Industrial Scientific and Medical) spectrum and its consequent impact on heterogeneous technologies commonly coexisting in the same frequency range. Initially, a theoretical elucidation about the regulations that involve the use of unlicensed spectrum as well as the main LTE coexistence solutions in this medium is made, highlighting the mechanism recently standardized by 3GPP (LTE-LBT) and pioneering companies in the field, such as a solution from Qualcomm (the LTE-DC). As a practical elucidation of the initial theoretical investigation, performance analyzes of the respective solutions are developed using the ns-3 simulator. In the end, a solution proposal for the Carrier-Sensing Adaptive Transmission (CSAT) mechanism based on machine learning is presented. This solution aims to improve the performance of LTE-DC. In the final version of the master thesis, this adaptive solution will be compared with the classical solutions and its gain will be evidenced.
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GUILHERME PEREIRA MARCHIORO BERTELLI
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Controle sobre Redes Industriais sem Fio: Uma Avaliação de Desempenho dos Padrões WirelessHART e ISA100.11a
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Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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IVAN MULLER
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IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
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LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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MARCELO HENRIQUE RAMALHO NOBRE
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Data: 18/Dez/2017
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Com a ascensão da Industria 4.0, comunicação sem fio tem se tornado uma tendência em ambientes industriais, poupando recursos e possibilitando novas applicações quando comparada com tecnologias cabeadas. Neste contexto, as especificações WirelessHART e ISA100.11a tem emergido como soluções padrões. Apesar do alto grau de aplicabilidade, devido a natureza de seus desafios (confiabilidade, consumo de energia, tolerância a falhas, atrasos constantes), redes industriais sem fio são usadas, na maioria das aplicações, para monitoramento. Devido a esses motivos e o caráter conservador da industria, a demanda para avaliação e garantia de confiabilidade em Sistemas de Controle sobre Redes sem Fio (Wireless Networked Control System - WNCS) é iminente. Visando esclarecer e desmistificar o uso de tecnologias sem fio em malhas de controle na industria, este presente trabalho traz uma visão geral de WNCS e experimentos práticos de avaliação que permitem analisar o comportamento de redes WirelessHART e ISA100.11a no control e de processos através do controle de uma malha de nível por algoritmo PID implementado numa aplicação host. O estudo fez uso dos kits SmartMesh WirelessHART Starter Kit e Nivis ISA100.11a Integration kit, da Dust-Networks e Nivis, respectivamente, para estabelecer as redes sem fio, aliados aos transmissores de pressão 3051S (Emerson) e EJX110 (Yokogawa), e garante confiabilidade e eficiência de aplicações de controle sobre redes sem fio.
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With the rise of Industry 4.0, wireless communication is a tendency in industrial environments, saving resources and enabling the addition of new applications when compared to their wired counterparts. In this context, the WirelessHART and ISA100.11a specifications are emerging as solutions for the last mile connection. Despite their high degree of applicability, due to the nature of its technical challenges (reliability, energy consumption, fault tolerance, ensuring constant delays), industrial wireless networks used, in the majority of applications, for monitoring processes. Given the aforementioned and the conservatory tendency of the industry, the demand for evaluation and assured reliability tools on Wireless Networked Control Systems (WNCS) is imminent. Aiming to enlighten and demystify the use of wireless technology on the control loops in the industry, this work presents an overview of WNCS and a practical experiment of evaluation that enables the analysis of the behavior of typical WirelessHART and ISA100.11a networks in process control by controlling the level loop of a process station through a PID algorithm implemented in a host application. The conducted control study used the Dust-Networks SmartMesh WirelessHART Starter Kit and Nivis ISA100.11A Integration kit to establish the networks, allied to Emerson's 3051S and Yokogawa's EJX110 pressure transmitters, and assures reliability and efficiency for WNCS applications.
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RAFAEL LUCAS DA SILVA FRANCA
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Proteção de Linhas de Transmissão de Corrente Alternada Baseada em Ondas Viajantes Utilizando um Terminal
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Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
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MEMBROS DA BANCA :
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FLAVIO BEZERRA COSTA
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KARCIUS MARCELUS COLACO DANTAS
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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MARCOS ANTONIO DIAS DE ALMEIDA
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Data: 18/Dez/2017
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Um método de proteção rápida incrementa a estabilidade do sistema elétrico de potência, evita danos aos componentes do sistema e reduz efeitos de problemas de qualidade de energia, beneficiando a todos os agentes que compõem o sistema elétrico de potência. As linhas de transmissão AC são componentes de extrema importância ao sistema elétrico, pois conectam unidades de geração às unidades consumidoras. Dessa forma, problemas no sistema de transmissão têm o potencial de afetar todo o sistema elétrico. A proteção de linhas de transmissão AC baseada em ondas viajantes se propõe a ser o mais rápido método de proteção. As ondas viajantes são transitórios eletromagnéticos de alta frequência que surgem nos sinais de tensão e corrente após a incidência de um evento na linha de transmissão, como um curto-circuito. Esquemas de proteção baseados em ondas viajantes utilizando dois terminais, apesar de mais fácil desenvolvimento e implementação, necessitam de um sistema de comunicação e, normalmente, de um sistema de sincronismo de dados, entre os dois terminais, o que demanda custos e estão sujeitos a desvantagens técnicas inerentes a tais sistemas. Neste trabalho será investigado os princípios da proteção de ondas viajantes e, ao final, será proposto um método de proteção de linhas de transmissão AC baseado em ondas viajantes utilizando um terminal, sem a necessidade de sistemas de comunicação e, obviamente, de sincronismo de dados. A proposta desta pesquisa inclui equacionar o efeito da frequência de amostragem do sinal na proteção, fenômeno, até então, não analisado para a proteção utilizando um terminal. Além disso, problemas clássicos inerentes à proteção baseada em ondas viajantes, como a ocorrência de faltas próximas aos terminais da linha e a estimação da velocidade das ondas, serão detalhadamente equacionadas com o objetivo de se apresentar soluções a tais problemas. O estudo será desenvolvido por meio de simulações computacionais em um sistema de transmissão baseado em linhas de transmissão AC de 500 kV de sistemas brasileiro e chinês, estando as linhas modeladas a parâmetros distribuídos. Ao final, espera-se que um rápido e confiável esquema de proteção de linhas de transmissão AC baseado em ondas viajantes utilizando um terminal seja desenvolvido.
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Mostrar Abstract
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A fast protection method increases the electrical power system stability, avoids damages to system components, and reduces power quality issues effects, benefiting all the electrical power system agents. The transmission lines are extremely important to the electrical system since it connects the generation units to the consumers. Therefore, problems in the transmission system has the potential of affecting all the power system. The transmission line protection based on traveling waves proposes to be the fastest protection method. The traveling waves are high frequency electromagnetic transients that arise in the voltage and current signals after an event inception in the transmission line, as a fault. Two-terminal protection schemes based on traveling waves are easier developed and implemented than one-terminal ones, but need communication and, normally, data synchronization systems among the two line terminations, which demands costs and presents technical drawbacks. This work pretends to investigate the traveling waves protection principles and, at the end, will propose anone-terminal transmission line protection based on traveling waves with no need of a communication and, obviously, data synchronization systems.The proposal of this research includes performing the equation of the sampling frequency effects in the one-terminal protection, which was not perform until now. Furthermore, classic issues related to protection based on traveling waves, such as fault close to the line terminals and the traveling waves velocity estimation, will be detailedlyequated in order to present solutions to such problems. The research will be evaluated by means of computational simulations in a 500 kV transmission system based on Brazilian and Chinese systems with the lines modulated at distributed parameters. At the end, it is expected that a fast and reliable one-terminal transmission line protection based on traveling wave method be proposed.
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FABRICIO ROOSEVELT MELO DA SILVA
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Implantação e Desenvolvimento de uma Rede de Automação Industrial e Sistema SCADA para Estação de Tratamento de Água Purificada
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Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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ALEXANDRE MAGNUS FERNANDES GUIMARAES
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RODRIGO SOARES SEMENTE
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Data: 19/Dez/2017
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Este trabalho tem como objetivo a adequação de uma estação de tratamento de água, através do desenvolvimento e a implantação de um sistema de automação e supervisão voltado para produção de água purificada para fins farmacêuticos. A água tem importância fundamental na indústria farmacêutica, participa dos processos de limpeza de materiais e superfícies, além de ser utilizada como veículo em formulações, exigindo uma série de especificações físico-química e microbiológicas. O processo de purificação da água deve passar rotineiramente por um controle de qualidade rígido e deve possuir um processo industrial conciso, automatizado e eficiente, de acordo com a legislação vigente. A utilização de redes de automação e sistemas supervisórios está longe de ser novidade em qualquer tipo de indústria, porém, neste caso, a planta industrial objeto de estudo não utilizava estas ferramentas. Para atingir o objetivo proposto fez-se a implementação de uma rede de comunicação industrial entre os equipamentos da planta, através de uma rede padrão MODBUS, uma rede instrumental com sinal de corrente elétrica e uma rede padrão Ethernet. Concentrou-se os dados de leituras das variáveis dos equipamentos no CLP mestre, este por sua vez ligado a um sistema SCADA. Este SCADA fornece ao operador uma visão panorâmica do processo, informando-o em tempo real o comportamento das variáveis provenientes das etapas do processo, facilitando qualquer intervenção ou mudança no sistema. Os dados mais importantes são armazenados diariamente em arquivos na estação do SCADA, ficando disponíveis para futuras auditorias ou durante a validação anual da planta, comprovando a eficácia e segurança de todo o sistema.
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This document propose the adequace of a water treatment station, through the development and implementation of an automation and supervision system aimed at the production of purified water used in the manufacture of medicines. Water is of fundamental importance in the pharmaceutical industry, it participates in the cleaning processes of materials and surfaces, as well as being used as a vehicle in formulations, requiring a series of physicochemical and microbiological specifications. The process of water purification must routinely pass through a strict quality control and must have a concise, automated and efficient industrial process, according to the current legislation. The use of automation networks and supervisory systems is far from novelty in any type of industry, however, in this case, the industrial plant under study did not use these tools. In order to reach the proposed objective, an industrial communication network was implemented between the plant equipments, through a MODBUS default network, an electric current signal instrument network and a Ethernet network. The data of readings of the equipments variables were concentrated in the master PLC, which in turn was connected to a SCADA system. This SCADA provides the operator with a panoramic view of the process, informing it in real time of the behavior of the variables from the process steps, facilitating any intervention or change in the system. The most important data is stored daily in files at the SCADA station, becoming available for future audits or during the annual validation of the station, proving the effectiveness and security of the entire system.
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JESSIKA FONSÊCA FERNANDES
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Proteção Diferencial de Transformadores de Potência Baseada em Máquinas de Vetor de Suporte e Transformada Wavelet
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Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
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MEMBROS DA BANCA :
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FELIPE VIGOLVINO LOPES
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FLAVIO BEZERRA COSTA
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MARCOS ANTONIO DIAS DE ALMEIDA
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ORIVALDO VIEIRA DE SANTANA JUNIOR
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RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
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Data: 19/Dez/2017
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Neste trabalho propõe-se uma alternativa a melhorar a proteção diferencial de transformadores usando a combinação de máquina de vetor de suporte e a transformada wavelet. O método proposto utiliza a transformada wavelet para detectar o início de distúrbios que afetem o transformador, sendo interno ou externo, enquanto que a rede neural artificial realiza a classificação do tipo de distúrbio (falta interna, falta externa e energização de transformadores) de forma rápida e eficaz. Desta forma, a máquina de vetor de suporte atua como um classificador de padrões que desempenha a função diferencial de transformadores convencional evitando, assim, inadequadas operações do relé em situações de faltas externas e energizações de transformadores. Além disso, o método proposto conta com uma função adicional, a classificação de faltas internas ao transformador, por meio de uma segunda rede neural artificial para auxiliar na reparação e manutenção do transformador. O esquema de proteção diferencial proposto pode funcionar em conjunto com as demais proteções do sistema enviando sinais de alerta, como por exemplo, para condições de falta externa ao transformador, tornando, assim a proteção mais confiável e inteligente.
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The proposed method uses the wavelet transform to detect the beginning of some disturbance affecting the transformer, either internal or external. Whereas SVM will correctly classify the type of disturbance (internal fault, external fault and transformers energization), quickly and effectively. Therefore, SVM make the function the classifier of patterns that has the same function of differential protection of transformers, with a high efficiency in the detection of internal faults, thus avoiding inadequate relay operations in situations of external fault and transformer energization. In addition, the proposed method has an additional function, which is the classification of faults internal of transformer, which can assist in the repair and maintenance of the transformer. Therefore the proposed differential protection scheme can work in conjunction with the other system protections by sending warning signals, such as for external fault conditions of transformer, thus making the protection more reliable and intelligent.
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JÚLIO CÉSAR MELO GOMES DE OLIVEIRA
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Soft sensor veicular para medição de emissões de gases
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Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
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LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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DANIEL GOUVEIA COSTA
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Data: 19/Dez/2017
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Historicamente as cidades seguem modelos de planejamento reativos onde o gestor toma decisões conforme a ocorrência dos problemas. Por outro lado, o crescimento exponencias das Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC) tem permitido que diversos sensores, dispositivos, sistemas e objetos se conectem, gerando dados que podem ser transformados em informação e usados em um paradigma de planejamento urbano mais eficiente onde as decisões podem ser tomadas antes que os problemas ocorram. Assim, nesse trabalho será desenvolvido um software capaz de estimar a quantidade de dióxido de carbono, a partir de leituras de sensores existentes em veículos, que irá contribuir para o planejamento proativo das cidades a partir do monitoramento da poluição veicular. Técnicas de CrowdSensing e um leitor On-Board Diagnostic (OBD-II) serão utilizados para extrair dados dos veículos em tempo real, armazenados localmente nos aparelhos que foram coletados. Por fim, podemos ver que a partir das informações obtidas, existe a possibilidade de se extrair informações a respeito do funcionamento do veículo e até mesmo realizar inferências sobre a dinâmica dos veículos nas cidades, mostrando potencial para o desenvolvimento de ferramentas auxiliares a gestão dos centros urbanos.
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Traditionally, cities planning has followed reactive decision models based on the occurrence of problems. With the development and spread of communication and information technologies, the interconnection of electronic devices has opened a new era of data exchanging and processing, potentially supporting more efficient decisions in modern cities. This paper then proposes a software, capable of estimating the amount of carbon dioxide from existing sensor readings in vehicles, which aims to support more proactive planning and management of modern cities, addressing the problem of vehicular pollution monitoring. For that, a crowdsensing approach and the OBD-II standard are exploited dynamically extract data from vehicles to be processed and delivered. Finally, we can see that with the information obtained, it is possible to extract information about the operation of the vehicle and even make inferences about the dynamics of the vehicles in the cities, showing potential for the development of auxiliary tools for the management of urban centers.
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EVERTON JOSÉ DE CASTRO REGO
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Ajuste de Controlador PI Embarcado em CLP Baseado na Estimativa de Robustez
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Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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MEMBROS DA BANCA :
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CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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ANDRE LAURINDO MAITELLI
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OSCAR GABRIEL FILHO
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PERICLES REZENDE BARROS
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Data: 22/Dez/2017
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O controle automático de processos é uma demanda crescente nas indústrias que buscam técnicas que automatizem a sintonia dos sistemas de controle e que garantam eficiência, qualidade e segurança. Este trabalho tem como objetivo implementar um método de avaliação e reajuste de controladores PI, a fim de que o sistema alcance um desempenho e estabilidade robusta na presença de perturbações. O método é inspirado em trabalhos já existentes na literatura e possui duas etapas, a primeira etapa é de avaliação de robustez do controlador, em que se estima suas margens de ganho e de fase. Na segunda etapa os parâmetros do controlador PI são corrigidos para assegurar que os critérios de robustez não sejam violados. Pretende-se programar o método diretamente num CLP para que funcione em conjunto do seu controlador. Inicialmente, os resultados foram avaliados por simulações computacionais do método de modo que posteriormente foi passado para CLP. Os experimentos foram realizados em processos reais controlados do CLP para corroborar os resultados simulados.
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Automatic process control is a growing demand in industries that seek techniques that automate the parameterization of control systems and ensure efficiency, quality and safety. This work aims to implement a method of assessment and readjustment of PI controllers, for the system to achieve robust performance and stability in the presence of disturbances. The method is inspired by works from the literature and has two stages, the first step is to evaluate the robustness of the controller, in which its gain and phase margins are estimated. And if the robustness parameters are violated or not reached, in the second step the parameters of the PI controller will be corrected. It’s intended to program the method directly into a PLC to work together with its controller. Initially, the results are evaluated by computational simulations of the method so that it’s later passed to PLC. The experiments will be performed in real processes controlled by PLC to support the simulated results.
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FRANCISCO DAS CHAGAS DA SILVA JÚNIOR
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Controle Adaptativo por Posicionamento de Polos e Estrutura Variável
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Orientador : ALDAYR DANTAS DE ARAUJO
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MEMBROS DA BANCA :
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ALDAYR DANTAS DE ARAUJO
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JOSENALDE BARBOSA DE OLIVEIRA
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JOSÉ ÁLVARO DE PAIVA
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LEONARDO RODRIGUES DE LIMA TEIXEIRA
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ODAILSON CAVALCANTE DE OLIVEIRA
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Data: 3/Fev/2017
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Este trabalho aborda o problema de projeto de controladores adaptativos por
posicionamento de polos para plantas incertas, monovariáveis, lineares e invariantes
no tempo (LTI), tanto de fase mínima como de fase não mínima. No primeiro esquema
apresentado, denominado Controle Adaptativo por Posicionamento de Polos e Estrutura
Variável (VS-APPC), os parâmetros do controlador são calculados a cada instante de
tempo a partir das estimativas dos parâmetros da planta, que são geradas por leis
chaveadas baseadas na teoria dos Sistemas com Estrutura Variável (VSS), e de um
polinômio característico, escolhido com base em especificações de desempenho e que
define a posição desejada para os polos de malha fechada. O segundo esquema,
denominado Controle Adaptativo Intervalar por Posicionamento de Polos e Estrutura
Variável (IVS-APPC), é projetado para plantas intervalares, ou seja, plantas cujos
parâmetros são desconhecidos mas limitados a intervalos conhecidos, que são comuns
em situações práticas onde muitas vezes os modelos de sistemas LTI tratados são na
verdade aproximações de sistemas não-lineares, por exemplo, o que pode resultar em
incertezas paramétricas significativas para os sistemas de controle. No projeto do
IVS-APPC, os parâmetros do controlador são calculados da mesma forma que no caso do
VS-APPC, mas devem estar contidos em intervalos previamente calculados por um
algoritmo de otimização que busca solucionar um problema de Programação Não-Linear,
de forma a garantir que os polos de malha fechada permaneçam em uma região convexa
definida pelas raízes de um polinômio característico intervalar, cuja estabilidade é
garantida pelo Teorema de Kharitonov. A principal motivação deste trabalho é a
aplicação dos esquemas propostos a plantas de fase não mínima, já que a abordagem de
controle conhecida como Controle Adaptativo por Modelo de Referência e Estrutura
Variável (VS-MRAC), que tem apresentado ao longos dos últimos anos resultados
satisfatórios de desempenho e robustez, é restrita a plantas de fase mínima.
Resultados de simulação são apresentados para ilustrar as propriedades dos esquemas
propostos, como por exemplo transitório rápido, sinal de controle suave sem
filtragem e robustez a variações paramétricas.
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This work deals with the problem of designing adaptive pole placement
controllers for uncertain, monovariable, linear and time-invariant (LTI) plants,
both minimum and nonminimum phase plants. In the first scheme presented, called
Variable Structure Adaptive Pole Placement Control (VS-APPC), the controller
parameters are calculated at each instant of time from the plant parameters
estimates, which are generated by switching laws based on the Variable Structure
Systems (VSS) theory, and a characteristic polynomial, chosen based on performance
requirements and which defines the desired closed-loop pole locations. The second
scheme, called Interval Variable Structure Adaptive Pole Placement Control
(IVS-APPC), is designed for interval plants, i.e., plants whose parameters are
unknown but constrained within known intervals, which are common in practical
situations where often LTI system models treated are actually approximations of
nonlinear systems, for example, which may result in significant parametric
uncertainties for the control systems. In the IVS-APPC design, the controller
parameters are calculated in the same way as the VS-APPC case, but must be contained
in intervals previously calculated by an optimization algorithm that seeks to solve
a Nonlinear Programming problem, so to ensure that the closed-loop poles remain in a
convex region defined by the roots of an interval characteristic polynomial whose
stability is guaranteed by Kharitonov's Theorem. The main motivation of this work is
the application of the proposed schemes to nonminimum phase plants, since the
control approach known as Variable Structure Model Reference Adaptive Control
(VS-MRAC), which has presented over the last years satisfactory performance and
robustness results, is restricted to minimum phase plants. Simulation results are
presented to illustrate the properties of the proposed schemes, such as fast
transient, smooth control signal without filtering and robustness to parametric
variations.
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DANIEL LOPES MARTINS
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Sistema Inteligente para Auxilio no Projeto e Instalação de uma Rede Industrial de Sensores Sem Fio
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Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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DENNIS BRANDAO
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JORGE DANTAS DE MELO
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VINICIUS PONTE MACHADO
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Data: 6/Fev/2017
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O avanço da tecnologia nos proporcionou uma melhora significativa nos meios de comunicação. Hoje em dia somos rodeados por dispositivos que a todo o momento estão se comunicando uns com os outros utilizando ondas eletromagnéticas. Dois grandes benefícios desses sistemas são justamente a mobilidade proporcionada por não utilizarem cabos nas suas comunicações e a facilidade de instalaçã. O mercado industrial percebeu que tais características são bem vantajosas (principalmente em equipamentos móveis e ambientes hostis, corrosivos ou de altas temperaturas) ecomeçou a investir nessa tecnologia com o surgimento dedois protocolos que se destacam por serem protocolos abertos de comunicação sem fio para ambientes industriais: O WirelessHART e o ISA100.11a. O WirelessHART foi desenvolvido pela HART Communication Foundation na revisão 7.0 da especificação do protocolo HART e o ISA100.11a foi desenvolvido pela International Society of Automation(ISA) que iniciou a ideia de padronizar os sistemas wireless de comunicação industrial tanto para automação quanto para controle, sendo o ISA100.11a o primeiro padrão desenvolv. Apesar da tecnologia sem fio ser bem difundida para a população comum, no ambiente industrial, a tecnologia sofre algumas restrições para sua utilização. Odeterminismo, latência e recuperação na perda de comunicação são características essenciais para sua confiabilidade na entrega da informaçãO. Para isso, a alocação dos instrumentos e roteadores pode influenciar de forma positiva ou negativa a quantidade de rotas e alcance dos instrumentos, permitindo sinais mais fortes frente a obstáculos e/ou rotas alternativas no caso da perda das rotas principais. Este Trabalho consiste na proposta de tese que busca, através da utilização da técnica de algoritmo genético multiobjetivo, determinar as posições dos instrumentos roteadores de forma que a rede possa se tornar mais robusta possível no ambiente no qual ele foi instalado. Espera-se que este trabalho possa auxiliar os engenheiros de projeto a determinar de forma mais rápida e satisfatória a posição dos instrumentos maximizando a confiabilidade do sistema como todo, minimizando características como perda de sinal e de pacotes e como consequência, paradas do processo para manutenção de equipamentos.
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The advancement of technology has provided us with a significant improvement in the communication media. Nowadays we are surrounded by devices that are communicating all the time with each other using electromagnetic waves. Two major benefits of these systems are precisely the mobility provided by not using cables in their communications and ease of installation. The industrial market realized that these characteristics are very advantageous (mainly in mobile equipment and hostile environments, corrosive or in high temperatures) and began to invest in this technology with the emergence of two protocols that stand out as being open wireless communication protocols for industrial environments: WirelessHART and ISA100.11a. The WirelessHART was developed by the HART Communication Foundation in revision 7.0 of the HART protocol specification and the ISA100.11a was developed by the International Society of Automation (ISA), which started the idea of standardizing wireless industrial communication systems for both automation and control, With ISA100.11a being the first developed standard. Although wireless technology is well-known to the general population, in the industrial environment, the technology has some restrictions on its use. Determinism, latency and recovery in the loss of communication are essential characteristics for its reliability in the delivery of information. For this, the allocation of instruments and routers can positively or negatively influence the number of routes and reach of the instruments, allowing stronger signals against obstacles and / or alternative routes in case of loss of main routes. This work consists of the proposal thesis that look for, through the use of the multiobjective genetic algorithm technique, to determine the positions of the routing instruments so that the network can become as robust as possible in the environment in which it was installed. It is hoped that this work can help project engineers to more quickly and satisfactorily determine the position of the instruments maximizing system reliability as a whole, minimizing features such as signal loss and packet loss and as a consequence, process stops for maintenance of equipment.
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PHELIPE SENA OLIVEIRA
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Desenvolvimento de uma Nova Técnica para Otimização de Circuitos Planares Inspirada no Comportamento Social das Aranhas
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Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
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GERVASIO PROTASIO DOS SANTOS CAVALCANTE
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GLAUCO FONTGALLAND
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JOSE DE RIBAMAR SILVA OLIVEIRA
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Data: 6/Fev/2017
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Os avanços tecnológicos recentes na área de telecomunicações têm incrementado a demanda por dispositivos móveis de micro-ondas que sejam leves, compactos e versáteis. Neste cenário, tem havido um grande interesse em novas configurações de dispositivos e circuitos de micro-ondas, o que tem resultado em um aumento de complexidade nos processos de desenvolvimento, particularmente nos casos de sínteses. Para reduzir as dificuldades, uma boa alternativa é a aplicação de algoritmos bioinspirados com o intuito de adequar o comportamento dessas novas estruturas às características de desempenho desejadas. Neste contexto, uma das primeiras vertentes a obter êxito na solução de problemas complexos foi a utilização de algoritmos evolutivos através dos Algoritmos Genéticos, onde o objetivo principal é a sobrevivência dos indivíduos mais fortes. Outra vertente em evidência nos últimos anos é a inteligência de enxames, em que os indivíduos ou agentes trabalham em conjunto pelo bem comum. Entre estas, um dos principais representantes é a Otimização por Enxame de Partículas (Particle Swarm Optimization - PSO). Por outro lado, as antenas e as superfícies seletivas de frequência (Frequency Selective Surface - FSS) são estruturas muito importantes nos sistemas de comunicações, que podem ser otimizadas pela atuação dos algoritmos bioinspirados. Geralmente, para que os algoritmos bioinspirados auxiliem na otimização dessas estruturas é necessária a implementação de técnicas de análise numérica como o método dos momentos ou o método dos elementos finitos. Diante da dificuldade de modelagem das técnicas descritas, surgem alternativas como a hibridização. Por exemplo, uma solução adotada consiste na junção de um algoritmo bioinspirado com uma função de estimação, como as Redes Neurais Artificiais, ou com métodos de interpolação. Embora seja possível encontrar soluções desejadas com hibridização, as estimações são realizadas após um processo de treinamento efetuado através de uma base de dados que pode ser formada por conjuntos de entrada e de saída. Cada estrutura de antena ou de FSS exige uma base de dados para treinamento que é específica. Este trabalho propõe uma técnica de otimização baseado na utilização de um algoritmo bioinspirado e um framework que realiza o acoplamento do algoritmo ao software comercial ANSYS HFSS. O propósito é realizar as simulações das soluções em potencial durante a execução do algoritmo bioinspirado, e com isso, evitar o uso de uma base de dados, e tornar o modelo eficiente e flexível com relação às alterações nas estruturas das antenas e FSS. Outro objetivo original deste trabalho é a utilização do algoritmo Social Spider Optimization (SSO) para a solução de problemas na área de eletromagnetismo aplicado. O algoritmo SSO é baseado na inteligência de enxames e apresenta como característica diferencial a modelagem de indivíduos com comportamentos diferentes entre si, o que pode melhorar a varredura no espaço de busca. Para comprovar a eficácia da técnica proposta, alguns projetos de antenas e de FSS são otimizados através de variações em seus parâmetros estruturais. Inicialmente, deseja-se melhorar a largura de banda de uma antena para atuar como banda ultra larga. Em seguida, é realizada a otimização de uma estrutura de FSS para garantir um comportamento específico em termos de frequência de ressonância e largura de banda. Posteriormente, a técnica proposta é utilizada para auxiliar na redução de tamanho de uma antena de microfita que utiliza duas técnicas de miniaturização. Os resultados obtidos na otimização dos projetos dos circuitos são comparados com os de outras técnicas, tendo sido observado uma boa concordância.
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Recent advances in telecommunications technology have increased the demand for lightweight, compact, and versatile microwave mobile devices. In this scenario, there has been a great deal of interest in new configurations of microwave devices and circuits, which has resulted in increased complexity in development processes, particularly for syntheses applications. To reduce these difficulties, a good alternative is the application of bioinspired algorithms in order to adapt the behavior of these new structures to the desired performance characteristics. In this context, the use of evolutionary algorithms through Genetic Algorithms (GAs), where the main objective is the survival of the strongest individuals, was one of the first successful approaches in solving complex problems. Another aspect in evidence in recent years is the intelligence of swarms, in which individuals or agents work together for the common good. Among these, one of the main representatives is Particle Swarm Optimization (PSO). On the other hand, antennas and frequency selective surfaces (FSSs) are very important structures in communications systems, which can be optimized by the performance of the bioinspired algorithms. For the bioinspired algorithms to aid in the optimization of these structures it is necessary to implement numerical analysis techniques such as the Method of Moments or Finite Elements. Faced with the difficulty of modeling the described techniques, alternatives such as hybridization have been developed. For example, a developed solution consists of joining a bioinspired algorithm with an estimation function, such as artificial neural networks (ANNs), or with interpolation methods. Although it is possible to find desired solutions with hybridization, the estimations are performed after a training process carried out through a database that can be formed by input and output sets. Each antenna or FSS structure requires particular training databases. This work proposes an optimization technique based on the use of a bioinspired algorithm and a framework that performs the coupling of the algorithm to the commercial ANSYS HFSS software. The purpose is to perform simulation of the potential solutions during the execution of the bioinspired algorithm, and with that, to avoid the use of a database, and to make the proposed model efficient and flexible with respect to variations in the antennas and FSSs structures. Another original objective of this work is the use of the Social Spider Optimization (SSO) algorithm for solving problems in the applied electromagnetism area. The SSO algorithm is based on the intelligence of swarms and presents as differential characteristic the modeling of individuals with different behaviors among themselves, which can improve the scanning in the search space. To prove the effectiveness of the proposed technique, several antenna and FSS designs are optimized through variations in their structural parameters. Initially, it is desired to improve the bandwidth of an antenna to act as an ultra wide band. Then, the optimization of an FSS structure is performed to ensure a specific behavior in terms of resonant frequency and bandwidth. Subsequently, the proposed technique is used to improve the size reduction of a microstrip antenna using two miniaturization techniques. The results obtained in the optimization of the circuits designs are compared with those of other techniques, and good agreement is observed.
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RENATA PITTA BARROS
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CardBot: Tecnologia Educacional Assistiva Para Inclusão de Deficientes Visuais na Robótica Educacional: Experimentos e Resultados
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Orientador : AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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MEMBROS DA BANCA :
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AKYNARA AGLAE RODRIGUES SANTOS DA SILVA BURLAMAQUI
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AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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FRANCISCO MILTON MENDES NETO
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KARLA ROSANE DE AMARAL DEMOLY
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LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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SAMUEL OLIVEIRA DE AZEVEDO
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Data: 9/Mar/2017
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Este trabalho propõe novas tecnologias educacionais assistivas a fim de possibilitar o uso da robótica educacional junto a pessoas com deficiência visual ou baixa visão. Sabe-se que a metodologia de ensino da robótica engloba um conjunto de tecnologias e técnicas necessárias para sua inserção tais como procedimentos metodológicos de ensino, hardware, software e linguagens de programação para os robôs. Através de pesquisas na literatura de casos bem sucedidos e das suas limitações, encontramos algumas dificuldades para inserir esta realidade em escolas inclusivas, das quais destacamos duas: os altos custos dos hardwares comerciais e a ausência de acessibilidade nos softwares aos defi- cientes visuais pois são, na sua maioria, são em língua inglesa ou infográfica. A partir dos dados colhidos, temos como hipótese para solução desses problemas a criação de tecnologias assistivas educacionais. A primeira parte da solução é construir uma carcaça de robôs conforme as técnicas de dobradura de papel. Uma placa de controle de motores será utilizada como forma de locomoção dos robôs. A segunda parte da solução contempla a programação dos robôs utilizando cartões em formatos distintos. A programação utiliza uma câmera de celular para leitura desses cartões através de QR Codes. Assim, é possível uma integração do deficiente visual em práticas sociais, especialmente nas que envolvem o uso de novas tecnologias no contexto socioeducacional. A avaliação dessa proposta foi feita através de entrevistas com deficientes visuais, da realização de oficinas utilizando as tecnologias assistivas apresentadas, da construção de materiais didáticos específicos e das observações e comparações com as tecnologias tradicionais.
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We proposes an educational assistive methodology aiming to provide the access to educational robotics activities to students with visual impairments or low vision. As an approach to soften the main issues related to this challenging problem, we introduce a low cost, assistive technology, called CardBot 2.0. Basically, this model for teaching-learning is composed by a programming environment, a mobile application, and several geometric cards, each of them representing a specific action that is recognized by the application with a tag. So, the student can program the robot by selecting and organizing geometric cards on the surface of a board or on a table. Also a contribution of this work being part of the solution, the professor can create new cards and register the respective actions and tags. This allows the professor to add new actions for the robot or even to create a new language. We validated our approach by performing experimental classes for students with different visual impairments and ages, and for students without impairment, with an analysis of the results, qualitative.
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LAYSA MABEL DE OLIVEIRA FONTES
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MONITUM: Um Sistema Proativo para Monitoramento e Avaliação das Atividades de Tutoria a Distância em AVAs
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Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
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MEMBROS DA BANCA :
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RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
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AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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KARILANY DANTAS COUTINHO
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ALINE DE PINHO DIAS
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JOÃO PAULO QUEIROZ DOS SANTOS
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FRANCISCO MILTON MENDES NETO
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LUCIANA SCHLEDER GONÇALVES
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Data: 10/Mar/2017
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O uso dos Ambientes Virtuais de Aprendizagem (AVAs) na Educação a Distância (EaD) tem gerado um crescente volume de dados provenientes de interações entre os atores desse processo. O tutor a distância é o ator responsável por mediar o processo de aprendizagem dos alunos e por promover a interação nos AVAs. O volume de dados gerado a partir dessas interações, se devidamente explorado, pode fornecer o entendimento sobre a relação de influência entre o desempenho dos tutores a distância e a participação efetiva de alunos em AVAs. Diante deste contexto, delimitou-se o objetivo de pesquisa desta tese como sendo o desenvolvimento de um sistema proativo para monitoramento e avaliação das atividades de tutoria a distância, por meio de indicadores comportamentais em AVAs. O método utilizado nesta pesquisa foi baseado na metodologia de Learning Analytics de seis dimensões, onde foram definidos os interessados, os objetivos, os dados, os instrumentos, as restrições externas e as limitações internas. As análises foram realizadas por meio de dados históricos advindos de um curso tecnólogo e de dez cursos de graduação ofertados pela Secretaria de Educação a Distância da Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Ao todo, foram utilizadas três amostras. A primeira amostra foi composta por informações de 38 tutores a distância e a segunda amostra foi composta por informações de 2.227 alunos, sendo os dados das duas amostras pertencentes à 62 turmas. Já a terceira amostra foi composta por informações de 353 tutores a distância, pertencentes à 1.281 turmas. Como principais resultados desta tese, tem-se: (i) construção de um modelo de conhecimento (ontologia) capaz de mapear as relações existentes entre os atributos comportamentais dos tutores a distância e a participação efetiva dos alunos, por meio do Coeficiente de Correlação de Pearson; (ii) construção de um Web Service capaz de processar as informações relacionadas aos atributos dos tutores a distância, classificar os seus desempenhos por meio das técnicas k-Means e Farthest First e fazer recomendações com base no modelo de conhecimento; e (iii) criação de um plugin para o Moode que permite a visualização dos dados processados pelo Web Service e que serve como subsídio para os gestores dos referidos cursos.
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The use of Virtual Learning Environments (VLEs) in Distance Education (DE) has ge- nerated an increasing volume of data coming from interactions between the actors of this process. The distance tutor is the actor responsible for mediating the students’ learning process and for promoting interaction in the VLEs. The volume of data generated from these interactions, if properly exploited, can provide an understanding of the relationship of influence between the performance of distance tutors and the effective participation of students in VLEs. In this context, the research objective of this thesis was defined as the development of a proactive system for monitoring and evaluation of distance learning ac- tivities, through behavioral indicators in VLEs. The method used in this research was ba- sed on the six-dimensional Learning Analytics methodology, which defined stakeholders, objectives, data, instruments, external constraints and internal limitations. The analyzes were carried out using historical data from a technological course and ten undergraduate courses offered by the Secretariat for Distance Education of the Federal University of Rio Grande do Norte. In all, three samples were used. The first sample consisted of infor- mation from 38 tutors the distance and the second sample consisted of information from 2,227 students, being that the data from the two samples belonging to 62 classes. The third sample consisted of information from 353 tutors at a distance, belonging to 1,281 classes. As main results of this thesis, we have: (i) construction of a knowledge model (ontology) capable of mapping the existing relationships between the behavioral attribu- tes of the distance tutors and the effective participation of the students, through Pearson’s Correlation Coefficient ; (Ii) construction of a Web Service capable of processing the in- formation related to the attributes of the distance tutors, classifying their performances through the k-Means and Farthest First techniques and making recommendations based on the knowledge model; and (iii) creation of a plugin for Moode that allows the visu- alization of the data processed by the Web Service and that serves as a subsidy for the managers of said courses.
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LUCIANO PEREIRA DOS SANTOS JUNIOR
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Implementação de um sistema de controle inteligente de posição radial aplicado em uma máquina de indução como motor-mancal do tipo bobinado dividido
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Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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ANDRE LAURINDO MAITELLI
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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JOSSANA MARIA DE SOUZA FERREIRA
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JOSÉ SOARES BATISTA LOPES
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VALCI FERREIRA VICTOR
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Data: 30/Mar/2017
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Este trabalho descreve o estudo e a implementação do controle de posição radial de uma máquina de indução sem mancais trifásica com bobinado dividido, utilizando técnicas de controle inteligente para a otimização do sistema de posicionamento radial. Para o posicionamento radial utilizam-se as forças controladas pelos campos magnéticos no interior da máquina. A metodologia de controle proposta utiliza como estrutura um controlador Fuzzy com ação proporcional e derivativa, baseado em um conjunto de regras de controle formulado em termos linguísticos. Todo o controle do sistema é realizado por um programa desenvolvido em linguagem padrão ANSI C em um DSP TMS320F28335 com arquitetura de ponto-flutuante, onde são implementados dois controladores Fuzzy PD para o posicionamento radial e seis controladores do tipo proporcinal-integral (PI) para a malha de controle de corrente. Por fim, os resultados de simulações e experimentais do sistema são apresentados e discutidos, provando a aplicabilidade dos controladores inteligentes baseado por lógica Fuzzy para o controle do posicionamento radial para o acionamento do motor-mancal.
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This paper describes the study and implementation of the radial position control of a bearingless induction motor with divided windings, using intelligent control techniques for optimizing the radial positioning. For the radial positioning, the forces controlled by the internal machine magnetic fields are used. The proposed control methodology used to design a Fuzzy controller with proportional and derivative action, based on a set of control rules formulated in linguistic terms. All the system control is executed by a program developed in the ANSI C language on a DSP TMS320F28335 with floating-point, where two Fuzzy PD controllers are implemented for the radial positioning and six Proportional-integral type controllers for the current control loop. Finally, the simulation and experimental results of the system are presented and discussed, proving the good performance of the intelligent controllers based Fuzzy Logic for radial positioning control for driving the Bearingless-motor.
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CLAUBER GOMES BEZERRA
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Uma Abordagem Baseada em Tipicidade e Excentricidade para Agrupamento e Classificação de Streams de Dados
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Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
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DIEGO RODRIGO CABRAL SILVA
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ANDRE PAIM LEMOS
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BRUNO SIELLY JALES COSTA
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Data: 24/Mai/2017
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Nesta tese apresentamos uma nova abordagem para realizar o agrupamento e a classificação de um conjunto de dados de forma não supervisionada. A abordagem proposta utiliza os conceitos de tipicalidade e excentricidade usados pelo algoritmo TEDA na detecção de outliers. Para realizar o agrupamento e a classificação é proposto um algoritmo estatístico chamado Auto-Cloud. As amostras analisadas pelo Auto-Cloud são agrupadas em unidades chamadas de Data Clouds, que são estruturas que não possuem formato ou limites definidos. O Auto-Cloud permite que cada amostra analisada possa pertencer simultaneamente a várias Data Clouds. O Auto-Cloud é um algoritmo autônomo, que não necessita de treinamento ou qualquer conhecimento prévio sobre o conjunto de dados analisado. Além disso, ele permite a criação e a fusão das Data Clouds de forma autônoma, a medida que as amostras são lidas. O algoritmo é indicado para o agrupamento e classificação de streams de dados e para aplicações que requerem respostas em temporeal. O Auto-Cloud também é um algoritmo recursivo, o que o torna rápido e exige pouca quantidade de memória. Já no processo de classificação dos dados, o Auto-Cloud utiliza o grau de pertinência entre cada amostra analisada e cada Data Cloud criada no processo de agrupamento. A classe a que pertence cada amostra é determinada pela Data Cloud com maior grau de pertinência com relação a amostra. Para validar o método proposto, utilizamos o mesmo numa aplicação de detecção e classificação de falhas em processos industriais. Para isso, utilizamos dados reais, obtidos de duas plantas industriais.
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In this thesis we propose a new approach to unsupervised data clustering and classification. The proposed approach is based on typicality and eccentricity concepts. This concepts are used by recently introduced TEDA algorithm to outlier detection. To perform data clustering and classification is proposed a new statistical algorithm, called Auto- Cloud. The analyzed data samples by Auto-Cloud are grouped in the form of unities called Data Clouds, which are structures without pre-defined shape or boundaries. Auto-Cloud allows each data sample belongs to multiple Data Clouds simultaneously. Auto-Cloud is an autonomous algorithm, which don’t requires previous training or any priori knowledge about the data set. Auto-Cloud is able to create and merge Data Clouds autonomously as data samples are obtained. The algorithm is suitable for data clustering and classification of online data streams and application that require real-time response. Auto-Cloud also is recursive, which makes it fast and with little computational effort. The classification data process uses the measure of relevance between each sample to each data cloud created in clustering process. The class to which it belongs each sample is determined by the cloud with a higher measure relevance with respect to the sample. To validate the proposed method, we use it in a fault detection in industrial processes application. For this, we use real data, obtained from two industrial plants.
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LEONARDO TELINO DE MENESES
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Redução de Erros de Exatidão em Transformadores de Corrente para Medição de Energia Elétrica
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Orientador : ANDRE LAURINDO MAITELLI
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRE LAURINDO MAITELLI
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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JOSE BEZERRA DE MENEZES FILHO
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MANOEL ALVES FILHO
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Data: 9/Jun/2017
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Esta pesquisa direciona esforços e propõe uma solução para mitigar erros de exatidão em transformadores de corrente, específicos para medição de energia elétrica. Duas soluções são desenvolvidas: a primeira é um sistema de controle em tempo real que inibe o fornecimento da energia entregue ao transformador de corrente -TC pelo seu circuito magnético e que retira esta energia do circuito de controle e não mais da corrente primária que está sendo medida, inibindo a produção da corrente de excitação pela energia que circula no primário do transformador de corrente; a segunda é o desenvolvimento de um algoritmo de compensação dos erros a partir do conhecimento das características físicas, elétricas e magnéticas do transformador de corrente e da memória de massa das correntes medidas no secundário do TC, identificando a corrente de excitação demandada em cada intervalo de integração, compensando essa corrente e recalculando a energia medida. Testes em laboratório demonstram a validade do primeiro método e aplicações algorítmicas em memória de massa de TCs instalados em campo e a medição de energia elétrica demandada por unidade consumidora demonstram a validade do segundo método. A teoria e a prática são discutidas e se complementam nas abordagens analíticas, experimentais e operacionais de campo efetivada ao longo da pesquisa.
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This research directs efforts and proposes a solution to mitigate errors of accuracy in specific current transformers for electric energy measurement. Two solutions are developed: the first is a real-time control system that inhibits the supply of energy delivered to the CT – current transformer by its magnetic circuit and which withdraws this energy from the control circuit and no longer from the primary current being measured, inhibiting the production of the excitation current by the energy circulating in the primary of the current transformer; the second is the development of an error compensation algorithm based on the knowledge of the physical, electrical and magnetic characteristics of the current transformer and the mass memory of the currents measured in the CT secondary, identifying the excitation current demanded in each integralization interval, compensating this current and recalculating the measured energy. Laboratory tests demonstrate the validity of the first method and algorithm applications in mass memory of CTs installed in the field and measuring electrical energy demanded by consumer unit demonstrate the validity of the second method. The theory and the practice are discussed and complement each other in the analytical, experimental and operational approaches of the field carried out throughout the research.
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ÁLVARO MEDEIROS AVELINO
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LP-P2IP: Uma versão de baixo consumo da arquitetura P2IP usando reconfiguração parcial em FPGA
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Orientador : VALENTIN OBAC RODA
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MEMBROS DA BANCA :
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VALENTIN OBAC RODA
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JOSE ALBERTO NICOLAU DE OLIVEIRA
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JULIO CESAR PAULINO DE MELO
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CARLOS ALBERTO VALDERRAMA SAKUYAMA
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EDUARDO MARQUES
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EMERSON CARLOS PEDRINO
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Data: 9/Jun/2017
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Este trabalho utiliza como base a arquitetura P2IP, de grão grosso reconfigurável (em tempo de execução) de baixa latência, aplicada ao processamento de imagens em tempo real. Esta arquitetura foi implementada em FPGA, sendo validada com alguns algoritmos básicos de processamento de imagens, tais como Edge Sharpening, Canny Edge Detection e Harris Corner Detection. A quantidade de Elementos de Processamento é definida pelo algoritmo que demanda uma quantidade maior de processamento. Entretanto, nem todos os Elementos de Processamento são utilizados o tempo todo. Mesmo estando ociosos estes Elementos de Processamento contribuem ativamente para o consumo estático de potência. A ideia do presente trabalho é propor uma versão modificada do Elemento de Processamento, que não contenha nenhum bloco interno, mas seja capaz de replicar a entrada na saída. Quando necessário, este novo EP é substituído pelo tradicional utilizando Reconfiguração Parcial. Isso leva a um consumo energético mais eficiente, característica bastante relevante de sistemas alimentados a bateria. As variáveis utilizadas na validação da proposta serão o consumo energético, a latência durante a reconfiguração parcial e a área ocupada.
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This work uses as its basis the P2IP architecture, which consists of a coarse grain reconfigurable (runtime) architecture with low latency, applied to real time image processing. This architecture has been validated in FPGA (Possa 2013), being implemented with some basic image processing algorithms, such as Canny Edge Detection and Harris Corner Detection. The aim of the present work is to enlarge the architecture functionality through Dynamic Partial Reconfiguration, which consists in dividing the chip area in two regions: a static and a dynamic one. The latter can be reprogrammed without resetting the whole system. It leads to a lower dynamic energy consumption, a relevant feature if the system is battery powered. The variables that will be used to validate the system are the consumption, latency and maximum operating frequency.
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JOAO MARCOS TEIXEIRA LACERDA
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SOA-BD: arquitetura orientada a serviço para acesso universal a dispositivos biomédicos
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Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
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MEMBROS DA BANCA :
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RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
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VALENTIN OBAC RODA
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KARILANY DANTAS COUTINHO
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ANTONIO HIGOR FREIRE DE MORAIS
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JOSÉ MACEDO FIRMINO FILHO
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PEDRO FERNANDES RIBEIRO NETO
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Data: 16/Jun/2017
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A comunicação de sistemas de informação com dispositivos biomédicos tornou-se complexa, não só devido à existência de vários protocolos de comunicação proprietários, mas também à maneira imutável de incorporar esse software a esses dispositivos. Nesse sentido, este artigo propõe uma arquitetura orientada a serviço para acessar dispositivos biomédicos como uma forma de abstrair os mecanismos de escrita e leitura de dados desses dispositivos, contribuindo assim, para que o foco da equipe de desenvolvimento de software biomédico se destine a seus Requisitos funcionais, ou seja, regras de negócio relevantes para o domínio do problema. A arquitetura SOA-BD consiste em seis componentes principais: Web Service para transporte e conversão dos dados do dispositivo, protocolos de comunicação para acessar os dispositivos, processadores de dados, um repositório de dispositivos para armazenar dados e informações transmitidas, um componente para tratamento de erros e por fim, um componente para configuração da arquitetura. Para o desenvolvimento de SOA-BD, foram utilizadas tecnologias como a linguagem XML e a linguagem de programação Java. Além disso, também foram utilizados conceitos de engenharia de software, como padrões de projeto. Para a validação deste trabalho, os dados foram coletados de monitores de sinais vitais em um centro de terapia intensiva utilizando o padrão médico HL7. Os testes obtiveram uma diferença de cerca de 1 segundo em termos de tempo de resposta com o uso da arquitetura. Para fins conclusivos, foi constatado que a SOA-BD obteve resultados importantes, como a redução da complexidade do protocolo de acesso, a oportunidade de tratar os pacientes em longas distâncias, permitindo um desenvolvimento mais fácil de aplicações de monitoramento e interoperabilidade com dispositivos biomédicos de diversos fabricantes.
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The communication of information systems with biomedical devices has become complex not only due to the existence of several private communication protocols, but also to the immutable way that software is embedded into these devices. In this sense, this paper proposes a service-oriented architecture to access biomedical devices as a way to abstract the mechanisms of writing and reading data from these devices, thus contributing to enable the focus of the development team of biomedical software to be intended for its functional requirements, i.e. business rules relevant to the problem domain. The SOA-BD architecture consists of six main components: A Web Service for transport and conversion of the device data, Communication Protocols to access the devices, Data Parsers to preprocess data, a Device Repository to store data and transmitted information, Error handling, for error handling of these information and Setup, for configuration of the architecture. For the development of SOA-BD, technologies such as the XML language and the Java programming language were used. Besides, Software Engineering concepts such as Design Patterns were also used. For the validation of this work, data has been collected from vital sign monitors in an Intensive Care Unit using the HL7v2.x standard. The tests obtained a difference of about only 1 second in terms of response time with the use of SOA-BD. For conclusive purposes, SOA-BD achieves important results such as the reduction on the access protocol complexity, the opportunity for treating patients over long distances, allowing easier development of monitoring applications and interoperability with biomedical devices from diverse manufacturers.
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DANILO CURVELO DE SOUZA
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Sistema especialista baseado em regras ponderado por tendências aplicado ao monitoramento de processos industriais
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Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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JORGE DANTAS DE MELO
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MARCELO LOPES DE LIMA
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VINICIUS PONTE MACHADO
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Data: 23/Jun/2017
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A presente tese apresenta uma técnica inovadora — designada como sistema especialista baseado em regras ponderado por tendências (SEBRPT) — fundamentada na integração de duas ferramentas existentes na área de inteligência artificial, os sistemas especialistas (SE) e a análise qualitativa de tendências (QTA). Um dos objetivos desta abordagem é usufruir das principais vantagens associadas a cada uma das ferramentas utilizadas, tais como a facilidade de se representar o conhecimento através de regras e a capacidade de extrair o comportamento e as tendências de um sinal contínuo. Esta metodologia também permite preencher uma lacuna entre métodos puramente baseado em números (quantitativos) e métodos puramente simbólicos (qualitativos), permitindo assim uma obtenção de resultados a partir de um processo de inferência baseado tanto nos valores exatos como nas tendências de um determinado sinal. Dessa forma, a técnica abordada possibilita a extração de um "fator de certeza" associado a uma regra previamente modelada por um especialista, descartando assim a lógica puramente booleana (verdadeiro/falso) adotada nos sistemas especialistas clássicos. O método proposto permite uma adoção direta em ambientes industriais, especialmente na área de automação inteligente. Seus principais recursos e características, com aplicação no monitoramento de processos industriais, serão demonstrados por simulações e resultados experimentais baseados no benchmark conhecido como o processo de Tennessee Eastman.
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This thesis presents a novel technique — referred to as trend-weighted rule-based expert system (TWRBES) — grounded in the integration of two existing tools of the artificial intelligence field, expert systems (ES) and qualitative trend analysis (QTA). Main goal of this approach is to benefit of the major advantages associated with each of the techniques used, such as the ability to represent knowledge through rules and the capability to extract the behaviour and the trends of a continuous signal. The proposed methodology fills a gap between purely quantitative and purely qualitative methods, allowing to achieve results based on both the exact values and the trends of a given signal. Thus, the discussed technique allows the extraction of a certainty factor regarding a rule previously developed by an expert, ruling out the true/false logic used in classic expert systems. Such integration allows a direct purpose in industrial environment applications, especially in the intelligent automation field. The features of the proposed algorithm, particularly in terms of industrial process monitoring, are supported by simulations and experimental results based on industrial benchmark known as Tennessee Eastman Process.
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DANIEL FAUSTINO LACERDA DE SOUZA
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Um Método para Autenticação Multifator Baseado em Biometria, Interferência de Onda e Mapas Caóticos
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Orientador : AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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MEMBROS DA BANCA :
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AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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GUIDO LEMOS DE SOUZA FILHO
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LEANDRO CARLOS DE SOUZA
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LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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RAONI KULESZA
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Data: 28/Jun/2017
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A democratização do acesso a Internet tem permitido que cada vez mais empresas possam digitalizar os seus serviços. Á medida que novos serviços são oferecidos na rede, cresce a preocupação com a possibilidade de acesso indevido às informações sensíveis de usuários, empresas e governo. O aumento no número de ataques e roubo de credenciais tem obrigado os promotores de serviço a desenvolverem novas soluções de segurança. Como resposta a esses ataques, os mecanismos de autenticação de usuários tem evoluído. Muitas serviços tem migrado seus métodos de autenticação de abordagens baseadas em apenas um fator para abordagens multifator, onde o usuário necessita de mais de uma credencial para ter acesso ao sistema.
Um novo método para autenticação de usuários baseado em uma abordagem multifator é apresentado. No método concebido, o usuário ganha acesso a um determinado sistema utilizando um conjunto de características relacionadas a fatores físicos, de possessão e conhecimento. A identidade biométrica representa o fator físico. Uma técnica de criptografia óptica baseada na interferência de onda e em mapas caóticos completam o esquema proposto. Nesse sentido, a semente de um mapa caótico representa uma senha de usuário, correspondendo ao fator de conhecimento e um interferograma resultante do processo de interferência de duas ondas planares representa o fator de possessão. As simulações numéricas são executadas a fim de demonstrar a efetividade de método. Um conjunto de análises estatísticas, de espaço das chaves e de sensibilidade são feitas. Além disso, são feitas algumas comparações com métodos similares disponíveis na literatura.
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The democratization of Internet access has allowed more and more companies to digitize their services. As new services are offered on the network, there is growing concern about the possibility of undue access to sensitive information from users, businesses and government. The increase in the number of attacks and theft of credentials has forced service delivery companies to develop new security solutions. In response to these attacks, user authentication mechanisms have evolved. Many services have migrated their authentication methods from one-factor approaches to multifactor approaches where the user needs more than one credential to access the system.
A novel method for user authentication based on multifactor approach is presented. For this security technique, a user authenticates into a system using a set of three characteristics related to physical, possession and knowledge factors. Biometrics authentication represents the physical factor. An optical authentication technique based on two-beam interference and chaotic maps complete the proposed scheme. In this sense, the seed of a chaotic map represents a user password corresponding to a knowledge factor and a resultant interferogram from an optical authentication technique represents the possession factor. Numerical simulation demonstrate the feasibility of our method. Moreover, we perform key space, sensibility and statistical analysis to demonstrate the effectiveness of the solution. In addition, some comparisons are made with the methods available in the literature.
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VITOR FERNANDES DE BARROS
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Aplicação de Curvas Fractais em Elementos Convolucionados para o Projeto de FSS Miniaturizada e com Estabilidade Angular
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Orientador : SANDRO GONCALVES DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
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SANDRO GONCALVES DA SILVA
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RONALDO DE ANDRADE MARTINS
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ALFREDO GOMES NETO
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ERICO CADINELI BRAZ
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Data: 28/Jun/2017
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Mostrar Resumo
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Superfícies seletivas de frequência (FSS) têm sido utilizadas em Telecomunicações para os mais variados propósitos, que vão desde a fabricação de antenas de hiper-ganho e de sub-refletores a seu uso como bloqueadores de sinais em presídios. A possibilidade de acoplá-las a antenas de microfita e guias de onda, bem como seu enorme potencial para combater o problema crescente da interferência nos sistemas de comunicação, as tornam ainda mais atrativas para esse mercado. O objetivo desse trabalho é propor e analisar uma FSS de comportamento multibanda, independente de polarização e com estabilidade angular, a qual seja resultante da combinação de diferentes técnicas de miniaturização, tais como a fractalização e o uso de elementos convolucionados, de modo a torná-la mais compacta, leve e eficiente. Os resultados são, então, obtidos com o software comercial Ansoft Designer, utilizado para a análise do comportamento eletromagnético da FSS, por meio do Método dos Momentos (MoM). Para tanto, nessa tese, é previamente conduzido um estudo bibliográfico sobre as FSS e a geometria monofractal. Este trabalho também descreve as principais técnicas de miniaturização disponíveis na literatura, detalhando os efeitos, benefícios e desvantagens de cada uma em relação à resposta da estrutura.
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Mostrar Abstract
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Frequency selective surfaces (FSS) have been used in telecommunications for various purposes ranging from the manufacture of hyper-gain antennas and subrefletors to its use as blocking signals in prisons. The possibility of coupling them to microstrip antennas and waveguides, and its enormous potential to cope with the arising problem of interference within communication systems, make them even more attractive to the market. The aim of this study is to describe and analyze a FSS multiband behavior, with independent of polarization and angular stability, which is a result of combining different miniaturization techniques, such as fractalization and the use of convoluted elements, so as to make it more compact, lightweight and efficient. The results are then obtained with commercial software Ansoft Designer, used for analyzing the behavior of FSS electromagnetic fields through the Method of Moments (MoM). To achieve this, in this thesis, it is previously conducted a bibliographic study of the FSS and monofractal geometry. This work also describes the main miniaturization techniques available in the literature, detailing the effects, benefits and disadvantages of each one with respect to the response of the structure.
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PAULO HENRIQUE LOPES SILVA
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Uma Arquitetura de Sistema para Criação, Programação e Disponibilização de Times de Robôs para Robótica Educacional
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Orientador : AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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MEMBROS DA BANCA :
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AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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ORIVALDO VIEIRA DE SANTANA JUNIOR
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ANDERSON ABNER DE SANTANA SOUZA
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FRANCISCO DE ASSIS PEREIRA VASCONCELOS DE ARRUDA
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Data: 4/Jul/2017
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Esse trabalho aborda o problema da programação, controle e colaboração de times de robôs distribuídos. Sistemas baseados em conjunto de robôs atuando de forma colabora- tiva tem sido alvo de muitas pesquisas nos últimos anos. Devido a rápida disseminação de tecnologias em dispositivos móveis e Internet, bem como os benefícios que a robótica agrega à várias aplicações do cotidiano, a tendência é que cada vez mais ela esteja pre- sente nas mais variadas atividades dos seres humanos. Para o caso dos sistemas de robôs distribuídos, há uma necessidade latente por pesquisas que viabilizem a utilização de tais sistemas por usuários finais sem, ou com quase nenhuma, experiência com programação ou robótica. Dessa forma, este trabalho propõe uma arquitetura de sistema que permite a criação e programação de times de robôs, possibilitando que usuários finais possam controlá-los como um sistema único e de maneira simples usando conhecimento coletivo adquirido por programadores e usuários. Os testes são divididos em três estudos de caso com objetivos bem definidos. O primeiro estudo de caso contém a realização de experi- mentos com dois times de robôs diferentes e visa apresentar e verificar o funcionamento do sistema durante a criação, programação e disponiblização das funções desses times. Já o segundo, possui dois experimentos e visa apresentar e verificar o funcionamento do sistema na perspectiva de programação e disponibilização de tarefas. O terceiro estudo de caso contém um experimento com um time de robôs. A validação dos conceitos da arquitetura na perspectiva da interação do usuário final com esse time de robôs ocorre por meio de um teste de usabilidade. Todos os experimentos são realizados por meio de uma aplicação (software) que implementa os conceitos dessa arquitetura. Ela oferece um conjunto de operações especiais que possibilitam aos usuários finais conectarem, criarem e programarem times de robôs. Os resultados que são apresentados mostram que os con- ceitos propostos por esse sistema atendem a aspectos fundamentais dessa área, tais como modularidade, flexibilidade e facilidade de acesso para os usuários finais.
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This work addresses the problem of programming, control and availability of distri- buted robots teams. Systems based on robots working together collaboratively has been the subject of much research in recent years. Due to the rapid spread of technologies in mobile devices and the Internet, as well as the benefits that robotics adds to various applications, the tendency is that it is increasingly present in the most varied activities of humans. For distributed robots systems there is a latent need for research to enable the use of such systems by end users with no or almost no experience with programming or robotics. Thus, this paper proposes a system architecture that allows the creation and programming of robot teams, allowing and users to manage them as a single system and simple way using collective knowledge acquired both programmers as of the and users. The tests are divided into three case studies with well-defined objectives. The first case study contains experiments with two different robot teams and aims to present and verify the functioning of the system during the creation, programming and availability of the functions of these teams. The second, has two experiments and aims to present and verify the operation of the system in the perspective of programming and availability of tasks. The third case study contains an experiment with a robot team. The validation of the concepts of the architecture in the perspective of the interaction of the end user with this robot team occurs through a usability test. All experiments are performed through an application (software) that implements the concepts of this architecture. It offers a set of special operations that enable end users to connect, create, and schedule robot teams. The results that are presented show that the concepts proposed by this system address fundamental aspects of this area, such as modularity, flexibility and ease of access for end users.
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CARLA DA COSTA FERNANDES CURVELO
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Uma Metodologia de Avaliação Automática para Aulas de Robótica Educacional
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Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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MEMBROS DA BANCA :
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LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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LUCIANE TERRA DOS SANTOS GARCIA
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AKYNARA AGLAE RODRIGUES SANTOS DA SILVA BURLAMAQUI
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RENATA PITTA BARROS
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SAMUEL OLIVEIRA DE AZEVEDO
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SARAH THOMAZ DE SA ROSSITER
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Data: 14/Jul/2017
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Visualizar Dissertação/Tese
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O processo de ensino da robótica educacional envolve não apenas a criação de um robô, mas também a utilização do mesmo para a realização de uma atividade interdisciplinar. O uso de robótica em sala de aula levanta uma questão: como os alunos serão avaliados nos conceitos que envolvem a aula de robótica educacional? Desenvolvemos neste trabalho uma metodologia de avaliação de aulas de robótica educacional. Baseado em pesquisas com professores e no conhecimento da equipe sobre a área, levantamos critérios de avaliação relevantes para esta área de ensino, considerando os tópicos de uma aula de robótica educacional que devem ser avaliados: montagem do robô, programação do robô e resolução da atividade interdisciplinar proposta. Com este objetivo, definimos seis critérios avaliativos que podem ser aplicados a critério do professor. No entanto, reconhecemos o desafio da aplicação de uma metodologia avaliativa em aulas de robótica educacional, por demandar muito tempo e esforço do professor, que deve ficar atento a todos os passos da aula de robótica, e aplicar os critérios avaliativos a todos os alunos. Com o objetivo de auxiliar o docente nesta tarefa, inserimos esta metodologia de avaliação em um simulador de robótica educacional, permitindo que o simulador realize a avaliação de forma automática, fornecendo ao professor apenas os resultados da mesma. O professor ainda é o responsável por definir todos os critérios avaliativos, mas o simulador é o responsável por analisar o aluno à medida que ele executa uma atividade e atribuir a ele notas considerando os critérios definidos pelo professor. Por fim, para validar a metodologia avaliativa, foram realizados testes com professores de robótica, nos quais os professores deveriam cadastrar os parâmetros avaliativos de algumas atividades e analisar os resultados fornecidos pelo simulador à medida que os alunos executavam estas atividades. Os resultados mostram que os professores tem interesse em utilizar esta metodologia e que acreditam que os critérios avaliativos propostos são de grande importância para uma aula de robótica educacional.
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The process of teaching educational robotics involves not only the creation of a robot, but also the use of it for conducting an interdisciplinary activity. The use of robotics in the classroom raises an issue: how will students be evaluated in the concepts that involves educational robotics topics? We developed a methodology of evaluation of educational robotics classes. Based on researches with robotics teachers and the knowledge of this research team about the area, we raised evaluation criterias relevant to this area of education, considering the topics of an educational robotics class that should be evaluated: robot assembly, robot programming and the resolution of the interdisciplinary proposed activity. With this objective, we defined six evaluation criteria that can be applied at the teacher's discretion. However, we recognize the challenge of applying an evaluative methodology in educational robotics classes, because it requires a lot of time and effort from the teacher, who must be attentive to all the steps of the robotics class, and apply the evaluation criteria to all students. With the objective of assisting the teacher in this task, we inserted this evaluation methodology in an educational robotic simulator, allowing the simulator to perform the evaluation automatically, providing the teacher with only the results of the same. The teacher is still responsible for defining all the evaluative criteria, but the simulator is responsible for analyzing the student as he performs an activity and assigning grades to the student considering the criteria defined by the teacher. Finally, to validate the evaluative methodology, tests were performed with robotic teachers, in which teachers should register the evaluative parameters of some activities and analyze the results provided by the simulator as the students performed these activities. The results show that teachers are interested in using this methodology and believe that the proposed evaluation criteria are of great importance for an educational robotics class.
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YÁSKARA YGARA MENESCAL PINTO FERNANDES
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Eileithyia: Arquitetura de telessaúde especialista em classificação de gestações de alto risco na atenção primária em saúde
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Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
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MEMBROS DA BANCA :
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ANTONIO HIGOR FREIRE DE MORAIS
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AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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BRUNO GOMES DE ARAUJO
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JOSE EDVAN DE SOUZA JUNIOR
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MARIA DA CONCEICAO DE MESQUITA CORNETTA
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RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
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Data: 6/Set/2017
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A área da Atenção Básica à Saúde tem sido alvo de muitas pesquisas, através das constantes evoluções tecnológicas devido ao fato de se tratar do primeiro nível de atenção à saúde, segundo o modelo adotado pelo Sistema Único de Saúde (SUS). É, preferencialmente, a “porta de entrada” do sistema de saúde. No entanto, a deficiência na otimização do atendimento das Unidade Básica de Saúde (UBS) nos municípios provoca a superlotação da maternidade, constatando que muitos casos são considerados de baixo risco, inclusive com indicação de parto normal e que, quando não existe vaga na rede municipal, a maternidade de referência faz o atendimento, que se afasta de seu perfil de usuário, que é do atendimento de gestantes de alto risco. Assim, se existisse estrutura para atendimento dessas gestantes nas UBS, nos hospitais regionais e municipais de origem, de forma que otimizasse os trabalhos dos profissionais de saúde, o índice de encaminhamento de pacientes do interior seria reduzido e, por consequência, seria experimentado uma melhora no atendimento. Nesse sentido, têm-se desenvolvido pesquisas as quais geralmente abordam alguns problemas que são pertinentes e que podem ser automatizados, tais como: sistemas de triagem de pacientes; utilização de tecnologias para melhorar o nível de: segurança, comunicação, usabilidade, confiabilidade e desempenho das aplicações; definição de novos ambientes e tecnologias para o cuidado à saúde através da: telemedicina, telediagnóstico, telemonitoramento, entre outros. É neste contexto, que a presente pesquisa de tese de doutorado propõe desenvolver uma arquitetura que automatize o Processo de Regulação para o encaminhamento de Pacientes com Alto Risco Gestacional entre os Municipios de Referência e a Maternidade Escola Januário Cicco, que permita classificar as gestantes de alto risco baseado no conhecimento do sistema inteligente, realizando uma pré-triagem automática nas UBS através da plataforma de Telessaúde que auxiliará o atendimento do médico na maternidade de referência. Esses aspectos demandam um projeto arquitetural ao problema abordado, com ênfase em garantir a robustez e consistência no processo de triagem.
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Currently Telehealth is being applied and expanded in the Unified Health System (SUS), with emphasis on primary health care (PHC). Thus, using modern information and telecommunication technologies (ICT), such as computer networks, fixed and mobile telephony, as a strategic resource to optimize the health system as well as for assistance, administrative and educational purposes in health. Considering the global context of the use of telehealth, it has shown advances in ICT, providing new forms of transmission of knowledge and care on health. However, the Brazil women's health has been recognized as a priority; however, there has been a high number of deaths of women and children from complications of pregnancy and childbirth. Of these deaths can be prevented with the improvement in prenatal care and agility in recognizing signs of trouble in pregnancy. Thus, efforts have been made to equip the Basic Health Units (BHU) with technologies that can contribute to better access to information and aid decision making, in order to support the achievement of proper care. Lately, it has observed a deficiency in optimizing the care of pregnant women in UBS, the municipalities and thus causing overcrowding in reference maternities. Whereas many cases are diagnosed as low-risk pregnant women, including normal childbirth indication and that when there is no vacancy in the municipal network, reference maternity making call, which moves away from your user profile, which is the service high-risk pregnant women. So, if there was structure to meet those women in UBS, regional and municipal hospitals of origin, which optimize the work of health professionals, referral index inside the patient would be reduced and, consequently, would be experienced an improvement in service and costs. Accordingly, researches have been developed which generally address some problems which are pertinent to health and which can be automated, such as systems for screening patients; use of technology to improve the level of: security, communication, usability, reliability and performance of applications; defining new environments and technologies for health care through telehealth. It is in this context that the present research doctoral thesis proposes to develop an intelligent architecture that automates the process of regulation for the referral of patients with high-risk pregnancy between the reference municipalities and motherhood. And thus classifying high-risk pregnant women based on intelligent knowledge (in this case an expert system based on rules and using fuzzy logic for data classification) and forward them to motherhood through telehealth platform, assisting health professionals in decision-making.
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NICHOLAS DE BASTOS MELO
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Método para Geração de Trajetórias Angulares Para Articulações de Uma Órtese Ativa usando Modelagem de Caminhada
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Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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MEMBROS DA BANCA :
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CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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PABLO JAVIER ALSINA
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ANSELMO FRIZERA NETO
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EDUARDO OLIVEIRA FREIRE
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Data: 6/Set/2017
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Nos últimos anos vem sendo observando um avanço considerável na área de órteses ativas. Apesar disso, ainda existem muitos desafios relacionados à redução do consumo energético e à capacidade do dispositivo em sintetizar movimentos antropomórficos. Além disso, poucas pesquisas buscam desenvolver métodos de geração de marcha que se aproxime do comportamento da caminhada executada por seres humanos sadios, e levando em consideração características individuais do usuário. Dentro deste contexto, este trabalho pretende desenvolver um modelo de caminhada humana capaz gerar informações a serem executadas por uma órtese ativa e de reproduzir as peculiaridades da marcha de cada usuário específico. Dentre os métodos de modelagem de marcha humana encontrados, nos últimos anos métodos estatísticos vêm se destacando. Um desses métodos é o PCA (do inglês Principal Component Analysis). A principal característica do PCA é sua capacidade de separar em componentes diferentes comportamentos encontrados em um conjunto de dados. Quando aplicado em parâmetros de caminhada, é possível organizar tais componentes em características gerais e individuais. Neste trabalho foi desenvolvido um modelo capaz de gerar referências de trajetórias a serem executadas por uma órtese ativa de membros inferiores. Para tal foi criado um modelo baseado em PCA a partir de uma série de experimentos com amostras de vários indivíduos. O modelo foi construído a partir de trajetórias de ângulos de juntas e outras informações (tais como peso, altura, idade, etc) relacionadas ao usuário. Comparando os dados estimados com os reais, o modelo foi capaz de apresentar resultados melhores que os encontrados atualmente na literatura. O trabalho propõe validar o modelo por meio de testes em uma órtese real existente no laboratório de robótica da Universidade Federal do Rio grande do Norte (UFRN). Os testes tem o objetivo de comparar o desempenho energético da órtese e de seu usuário quando diversas referências de trajetórias são usadas, por exemplo, entre a trajetória criada pelo modelo proposto e as atualmente usadas.
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In this work, we propose a method able to find user-oriented gait trajectories that can be used in powered lower limb orthosis applications. Most research related to active orthotic devices focuses on solving hardware issues. However, the problem of generating a set of joint trajectories that are user-oriented still persists. The proposed method uses principal component analysis to extract shared features from a gait dataset, taking into consideration gait-related variables such as joint angle information and the users anthropometric features, used directly in an orthosis application. The trajectories of joint angles used by the model are represented by a given number of harmonics according to their respective Fourier series analyses. This representation allows better performance of the model, whose capability to generate gait information is validated through experiments using a real active orthotic device, analysing both joint motor energy consumption and user metabolic effort.
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ADJAIR FERREIRA BARROS FILHO
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Estudo e Construção de um Motor de Indução de Rotor Externo de Pequeno Porte Utilizado como Motor-Mancal
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Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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ANDRE LAURINDO MAITELLI
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JOSSANA MARIA DE SOUZA FERREIRA
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RICARDO FERREIRA PINHEIRO
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JOSE ALVARO DE PAIVA
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JOSÉ SOARES BATISTA LOPES
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Data: 9/Out/2017
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Esta tese tem como objetivo o estudo e a construção de um protótipo de motor de indução trifásico de pequenas dimensões (28,6 mm de diâmetro e 15 mm de altura), com o rotor externo do tipo gaiola de esquilo sendo utilizado como motor-mancal. Esse estudo iniciou utilizando um motor Brushless convencional e que foi adaptado para funcionar como motor de indução com rotor externo. O motor de indução sem mancais utiliza a configuração de bobinado dividido para conseguir o posicionamento radial e torque. Foram realizados estudos de simulações utilizando o Método dos Elementos Finitos – FEM mostrando efetivamente que é possível conseguir controlar a posição radial e o torque para manter o rotor girando. Foi construído e testado um primeiro protótipo com sucesso, para uma potência de 100W mostrando um bom potencial para aplicação nesta faixa de potência e tamanho, como os aplicados em sistemas de coração artificial. O sistema de controle foi implementado utilizando o Processador Digital de Sinais – DSP TMS 3208F335.
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This thesis aims at the study and construction of a prototype of a small three-phase induction motor (28.6 mm outside diameter and 15 mm height), with the external squirrel cage-type rotor being used as a Bearingless. This study started using a conventional Brushless motor and was adapted to function as an external rotor induction motor. The bearingless induction motor uses the split winding configuration to achieve radial positioning and torque. Simulation studies were performed using the Finite Element Method (FEM), effectively showing that it is possible to control the radial position and torque to keep the rotor spinning. A first prototype was successfully built and tested for a power of 100W showing good potential for applications in this power range and size, such as those applied in artificial heart systems. The control system was implemented using the Digital Signal Processor - DSP TMS 3208F335.
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KEROLAYNE PAIVA SOARES
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Utilização de Ferramenta de Realidade Aumentada para Ajudar em Tarefas Psicopedagógicas com Crianças Pertencentes ao Transtorno do Espectro Autista
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Orientador : AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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MEMBROS DA BANCA :
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AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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RUMMENIGGE RUDSON DANTAS
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AKYNARA AGLAE RODRIGUES SANTOS DA SILVA BURLAMAQUI
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KARLA ROSANE DE AMARAL DEMOLY
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Data: 19/Out/2017
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A presente tese objetiva mostrar os esforços realizados para o desenvolvimento de uma ferramenta que ajuda crianças afetadas com Transtorno do Espectro Autista (TEA). Apresentamos o uso da ferramentas, que é baseada em Realidade Aumentada e basicamente consiste na exibição de cenas caricaturadas da vida real, através dos óculos Google Cardboard, que foram utilizadas em tarefas e testes psicopedagógicos, realizados com essas crianças. Analisamos os relacionamentos sobre o possível aumento nas funções executivas quando essas têm seu processamento facial suavizado usando o sistema proposto e vendo o mundo real como um desenho animado. Este estudo inicial fornece evidências para verificar que tais crianças têm um interesse particular em desenho animado a despeito de faces humanas. Os resultados alcançados sugerem que o ambiente proposto ajuda a aumentar o desempenho das crianças em tarefas psicopedagógicas e que pode ser uma ferramenta útil para ajudar os profissionais em educação em suas tarefas e a proporcionar um melhor suporte a essas crianças, principalmente no que diz respeito ao desenvolvimento de suas funções executivas.
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The present thesis aims to show the efforts to develop a tool that helps children affected with Autistic Spectrum Disorder (ASD).This tool introced is based in Augmented Reality and basically consists of the display of reallife caricatured scenes, visualized through the Google Cardboard glasses, which were used in tasks and psychopedagogical tests performed with these children. We analyzed the relationships about the possible increase in executive functions when they have their facial processing smoothed using the proposed system and seeing the real world as a cartoon. This initial study provides evidences to verify that such children have a particular interest in cartoon in spite of human faces. The results suggest that the proposed environment helps to increase children’s performance in psychopedagogical tasks and that it can be a useful tool to help professio- nals in education in their work to provide better support to these children, especially with regard to development of executive functions of them.
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BRUNO JÁCOME CAVALCANTI
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Estudo de Modelos de Predição de Perdas de Propagação em Sistemas de Comunicações LTE e LTE-Advanced Usando Técnicas de Inteligência Artificial
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Orientador : LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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MEMBROS DA BANCA :
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LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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JOSE PATROCINIO DA SILVA
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GERVASIO PROTASIO DOS SANTOS CAVALCANTE
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MARCOS TAVARES DE MELO
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Data: 20/Out/2017
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Nesta tese é realizada uma análise criteriosa dos princiapais modelos de perda de propagação para redes de comunicação Long Term Evolution (LTE) e Long Term Evolution Advanced (LTE-A) usando técnicas de inteligência artificial, tais como redes neurais e algoritmos genéticos, em ambientes urbano, suburbano e rural de cidades de porte médio do nordeste do Brasil. Os procedimentos metodológicos realizados consistiram inicialmente de simulação dos modelos de Hata e Ericsson 9999, juntamente com as suas versões optimizadas. Em seguida, foram comparados com valores medidos, obtidos a partir de uma campanha de medição. Os resultados obtidos através de simulações, otimizações e medições, apresentaram boas concordâncias métricas. A principal contribuição dessa tese é que empregando esses modelos de propagação melhorados, pode-se estimar sinais propagantes mais próximos da realidade, evitando erros no planejamento e implementações de redes sem fio LTE e LTE-A.
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In this thesis is made a careful analysis of the main propagation loss models for Long Term Evolution (LTE) and Long Term Evolution Advanced (LTE-A) communication networks using artificial intelligence techniques such as neural networks and genetic algorithms in environments urban, suburban and rural areas of mid-sized cities in northeastern Brazil. The methodological procedures performed initially consisted of simulation of the Hata and Ericsson 9999 models, along with their optimized versions. They were then compared with measured values obtained from a measurement campaign. The results obtained through simulations, optimizations and measurements, showed good metric agreement. The main contribution of this thesis is that by employing these improved propagation models, we can estimate propagating signals closer to reality, avoiding errors in the planning and implementation of LTE and LTE-A wireless networks.
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SEBASTIÃO EMÍDIO ALVES FILHO
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Arquitetura de um Cluster Computacional de Baixo Consumo e com Proporcionalidade Energética
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Orientador : AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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MEMBROS DA BANCA :
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AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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RAFAEL VIDAL AROCA
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ROMMEL WLADIMIR DE LIMA
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SAMUEL XAVIER DE SOUZA
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Data: 1/Dez/2017
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Um dos principais desafios da Computação Verde é obter uma melhor relação entre a quantidade de trabalho realizada pela infraestrutura computacional e o gasto energético para mantê-la, isto é, uma melhor eficiência energética. Para isto, este trabalho apresenta a arquitetura de um cluster computacional de baixo consumo energético que é capaz de ligar ou desligar, de forma dinâmica e automática, um determinado número de máquinas. A quantidade de máquinas ligadas é proporcional à demanda de trabalho a cada momento, o que evita ligar equipamentos desnecessariamente e aumenta a eficiência do sistema. Para o seu desenvolvimento propõe-se e discute-se um modelo teórico que é implementado através de um cluster composto por dispositivos Raspberry Pi chamado NPi-Cluster. Para atestar a eficiência do modelo proposto são mostrados resultados experimentais nos quais o cluster é usado como um servidor web com balanceamento de carga. Os dados obtidos mostram que o NPi-Cluster tem um desempenho adequado quando comparado a outros servidores que rodam em arquiteturas tradicionais, mas com um consumo energético menor. Um cluster com 7 máquinas usando sua capacidade máxima atende a mais de 450 requisições simultâneas numa taxa de cerca de 1000 transações por segundo. Para fazê-lo o cluster consome cerca de 15 Watts, o equivalente a uma lâmpada econômica ou um computador em modo suspenso que não realiza qualquer atividade. Quando a demanda é baixa o consumo de energia com as máquinas é reduzido dinamicamente, chegando a menos de 2 Watts. Além de ser capaz de lidar com cargas de trabalhos com boa qualidade de serviço, o cluster também provê alta disponibilidade evitando pontos únicos de falha.
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One of the main challenges for the so-called Green Computing is to get a better relation between the amount of work performed by the computational infrastructure and the energy consumption to maintain it, that is, a better energy efficiency. Therefore, this work presents the architecture of a computing cluster with low energy consumption that powers on or off a number of running machines automatically and dynamically. The quantity of enabled devices is according to the actual processing demand, which avoids unnecessarily powered equipment and increases the overall system efficiency. In order to carry out its development, a theoretical model is proposed, discussed, and implemented through the NPi-Cluster, a cluster composed of Raspberry Pi devices. To prove the proposed model feasibility, NPi-Cluster is used as a web server with load balancing. Data gathered shows that NPi-Cluster has adequate performance when compared to other web servers running on traditional server architectures, however with less power consumption. A 7-machine cluster running at maximum performance is able to handle more than 450 simultaneous requests, with about 1000 transactions per second. The power consumption required to do it is about 15 Watts, that is equivalent to a energy-saving light bulb or a computer in suspended mode that does not perform any task. When the requests demand is low, the power consumption is dynamically reduced until less than 2 Watts. Besides to being able to handle workloads with acceptable quality of service, the proposed cluster also provides high availability by avoiding single points of failure.
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DIEGO RAMALHO MINERVINO
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Novas Configurações de Antenas, Filtros e FSS com Fractais de Fuga no Tempo e Metamateriais para Aplicações em Micro-ondas e Ondas Milimétricas
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Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
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ALFREDO GOMES NETO
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CUSTÓDIO JOSÉ OLIVEIRA PEIXEIRO
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Data: 14/Dez/2017
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Neste trabalho são investigadas e propostas novas configurações de dispositivos e circuitos planares para aplicações em micro-ondas e ondas milimétricas, com geometrias fractais de fuga no tempo, que são estruturas definidas por uma relação de recorrência de cada ponto no espaço, mais conhecidos como Conjunto de Julia e Conjunto de Mandelbrot. Especificamente, será investigada a distribuição das correntes nas superfícies dos elementos condutores de filtros, antenas planares e superfícies seletivas em frequência (FSS) com as geometrias fractais consideradas, para aplicações tanto em sistemas de comunicações sem fio (wireless communication systems), como em sistemas de comunicações em ondas milimétricas, na faixa de frequência entre 0,7 a 70 (GHz). Especificamente, são consideradas estruturas planares de transmissão como as linhas de microfita e o coplanar waveguide (CPW), no desenvolvimento de filtros e antenas com geometrias euclidianas e fractais para aplicações em ondas milimétricas. A opção por estruturas de linhas de microfita para o desenvolvimento de novas configurações de antenas e filtros se justifica pela larga aplicação dessas linhas de transmissão, nas últimas décadas, resultando sempre na fabricação de circuitos planares com estruturas leves, de dimensões reduzidas, de baixo custo, fáceis de construir e, principalmente, fáceis de integrar com outros circuitos de micro-ondas e ondas milimétricas. O grande interesse em relação às aplicações na faixa de ondas milimétricas está associado ao crescimento da necessidade de utilização do espectro eletromagnético, a velocidade de transmissão entre circuitos, tais como, nos novos tipos de computadores, smartphones, smart TV e sistemas de comunicações sem fio, e na redução dos componentes para a utilização em comprimentos de ondas milimétricas e micrométricas. Inicialmente, o estudo foi voltado para aplicações em micro-ondas das novas configurações de fractais e metamateriais em antenas alimentadas por cabo coaxial. Além disso, foram realizadas nos laboratórios do IST (Instituto Superior Técnico – Lisboa, PT), as construções e medições dos protótipos desenvolvidos para micro-ondas e ondas milimétricas. As simulações foram realizadas com auxílios dos softwares Ansoft Designer e Ansoft HFSS. Foram efetuadas comparações entre resultados simulados e medidos, para validar o trabalho.
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In this work, new configurations of planar devices and circuits for microwave and millimeter wave applications and with fractal geometries, which are structures defined by a recurrence relationship of each point in space, are investigated and proposed. These fractal geometries are well known as set of Julia and Mandelbrot set. Specifically, we will investigate the distribution of currents on the surfaces of filter conductors, planar antennas and frequency selective surfaces (FSS) with the considered fractal geometries, for applications in both wireless communication systems and systems In the frequency range between 0.7 and 70 (GHz). Planar transmission structures such as the microstrip and coplanar waveguide lines (CPW) were considered in the development of filters and antennas with Euclidean and fractal geometries for millimeter wave applications. The choice of microstrip lines structures for the development of new antenna and filter configurations is justified by the wide application of these transmission lines in the last decades, always resulting in the manufacture of planar circuits with light structures, small dimensions, low cost, easy to build and, especially, easy to integrate with other microwave and millimeter wave circuits. The great interest in applications in the millimeter wave range is associated with the growth in the need to use the electromagnetic spectrum, the speed of transmission between circuits, such as, in the new types of computers, smartphones, smart TV and wireless, and in the reducing the components for use in millimeter and micrometric wavelengths. Initially, the study was aimed at microwave applications of the new fractals and metamaterials configurations in antennas fed by coaxial cable. In addition, the constructions and measurements of the prototypes developed for microwaves and millimeter waves were carried out in the laboratories of IST (Instituto Superior Técnico - Lisboa, PT). The simulations were carried out with the help of Ansoft Designer and Ansoft HFSS softwares. Comparisons between simulated and measured results were made to validate the work.
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BRUNO JEFFERSON DE SOUSA PESSOA
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Problema das Sequências Justas Ponderadas
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Orientador : DANIEL ALOISE
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MEMBROS DA BANCA :
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DANIEL ALOISE
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
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LUCÍDIO DOS ANJOS FORMIGA CABRAL
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MANOEL BEZERRA CAMPELO NETO
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Data: 15/Dez/2017
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Problemas de escalonamento aos quais são impostas restrições relativas às distâncias temporais entre sucessivas execuções de uma mesma tarefa possuem um grande número de aplicações, que variam desde o escalonamento de tarefas em sistemas de tempo real à produção de automóveis em uma linha de montagem. O presente trabalho apresenta um novo problema de otimização, denominado de Problema das Sequências Justas Ponderadas (PSJP), que faz parte dessa classe de problemas. Além do estudo da complexidade computacional do problema, é apresentada uma formulação matemática baseada Programação Linear Inteira Mista e uma série de cortes que aprimoram sua resolução via métodos exatos. Por fim, propõe-se uma solução heurística que utiliza bem menos variáveis que a formulação PJSP. Experimentos computacionais mostram que, para um dado horizonte de tempo, a solução proposta aumentam o número de instâncias resolvidas na prática. Além disso, seus resultados devem ser considerados como ótimos caso uma conjectura apresentada sobre o PJSP seja provada verdadeira no futuro.
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Scheduling problems on which constraints are imposed with regard to the temporal distances between successive executions of the same task have numerous applications, ranging from task scheduling in real-time systems to automobile production on a mixed-model assembly line. This paper introduces a new NP-hard optimization problem belonging to this class of problems, namely the Weighted Fair Sequences Problem (WFSP). We present a mathematical formulation for the WFSP based on mixed-integer linear programming (MILP) as well as a series of cuts to improve its resolution via exact methods. Finally, we propose a heuristic solution method that works with much less variables of the WFSP formulation. The reported computational experiments show that, for a given time horizon, the proposed MILP-based heuristic increases the size of WFSP instances that can be tackled in practice. Moreover, its results should be considered as optimal whether a presented conjecture on the WFSP problem is proved true in the future.
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RODRIGO PRADO DE MEDEIROS
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Proteção Diferencial de Transformadores de Potência Utilizando a Transformada Wavelet com efeito de Borda
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Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
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MEMBROS DA BANCA :
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FLAVIO BEZERRA COSTA
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MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
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MARCOS ANTONIO DIAS DE ALMEIDA
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MÁRIO OLESKOVICZ
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WASHINGTON LUIZ ARAUJO NEVES
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Data: 21/Dez/2017
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Atualmente, a função diferencial tem sido largamente utilizada na proteção de transformadores de potência, levando a uma discriminação confiável entre faltas internas e outros eventos. No entanto, a função de proteção diferencial convencional baseada na estimação dos fasores de corrente apresenta dificuldades na detecção de algumas faltas internas, tais como faltas espira-espira e espira-terra próximas ao neutro do transformador, e dependência das funções de bloqueio e de restrição por harmônicos na manutenção da segurança do esquema de proteção durante condições de inrush e faltas externas com saturação do TC. A fim de melhorar o desempenho dos métodos tradicionais, um elemento de sequência negativa de alta sensibilidade tem sido utilizado em conjunto com as funções de bloqueio comum e restrição por harmônicos. Entretanto, faltas internas e demais distúrbios associados à proteção de transformadores apresentam transitórios, os quais podem ser detectados de forma adequada pela transformada wavelet. Este trabalho propõe recriar os tradicionais elementos diferenciais de corrente de fase e de sequência-negativa por meio da utilização da transformada wavelet discreta redundante com bordas das correntes que fluem pelo enrolamento secundário dos TCs diferenciais. O método proposto será avaliado a partir de simulações extensivas de faltas internas e externas à zona de proteção do transformador, e energizações do transformador. Serão avaliados também o comportamento do método na presença de saturação dos TCs e de sobreexcitação do transformador, o tempo de atraso obtido na detecção das faltas internas e o esforço computacional obtido em uma aplicação em tempo real.
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Currently, the differential function has been widely used in power transformer protection, leading to a reliable discrimination between internal faults and other events. However, the conventional differential protection function based on the estimation of the current phasors presents difficulties in the detection of some internal faults, such as turn-to-turn faults and turn-to-earth faults close to the transformer neutral, and dependence on the harmonic restraint and harmonic blocking functions in maintaining protection scheme security during inrush conditions and external faults with CT saturation. In order to improve the performance of the traditional methods, a negative-sequence differential element with high sensitivity has been used in association with the commom harmonic blocking and harmonic restraint. However, internal faults and other disturbances associated to the power transformer protection present transients, which can be properly detected by using the wavelet transform. This paper proposes to recreate the traditional phase and negative-sequence current differential elements by using the boundary discrete wavelet transform of the currents flowing through the secondary winding of the differential CTs. The proposed method will be evaluated from extensive simulations of internal and external faults, and transformer energizations as well. It will also be evaluated the behavior of the method in the presence of CT saturation and transformer overexcitation, the time delay obtained in the internal fault detection, and the computational burden obtained in a real-time application.
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