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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Imergindo-se no contexto dos esportes motorizados, a identificação de sistemas se torna uma grande aliada para o bom rendimento de uma equipe de corrida, pois pode extrair características importantes do sistema carro/piloto e assim fornecer feedbacks para melhor performance. Partindo deste princípio, este trabalho objetiva a classificação de pilotos de um veículo off-road Baja SAE. Através da parceria com a equipe Car-Kará Baja SAE UFRN, foram selecionados quatro pilotos diferentes em 7 pistas de testes. Os dados foram colhidos através de um data logger industrial e analisados de maneira off-line. A partir da coleta dos dados, fez-se a divisão do vetor de variáveis em 3 e 5 partições e então foi computada análise estatística de cada parte, criando o vetor de características. Ele, por sua vez, foi inserido em uma arquitetura neural artificial de duas camadas ocultas, obtendo uma taxa de sucesso de 97% para o vetor de 3 divisões e 93% para o vetor de 5 divisões.

Antigos paradigmas têm sido adaptados para atender à crescente demanda por acesso sem fio à internet. Um deles, o Hierarchical Cell Structure (HCS), que já está sendo aplicado no LTE-A e é considerado para o 5G, consiste na instalação de diversos tipos de small cells, criando uma área de coberturas sobrepostas com macrocélulas. Devido à sua baixa potência de transmissão e à suas estações rádio base estarem instaladas em uma altura menor do que algumas construções, estando ocasionalmente internas a elas, as small cells são severamente afetadas pelos obstáculos próximos, tornando a Qualidade de Experiência (QoE) percebida pelos usuários sujeita a variações bruscas. Dado que os algoritmos clássicos de gerenciamento de mobilidade não conseguem prever essas flutuações na QoE, os mesmos se tornam ineficientes em tais cenários. Considerando a quantidade de informação sobre o desempenho das redes que está atualmente disponível e a evolução da capacidade de processamento em tempo real, um aperfeiçoamento das funcionalidades do LTE por meio da utilização de algoritmos baseados em aprendizado de máquina faz-se possível. Este trabalho propõe e avalia o desempenho de uma abordagem de handover baseada em aprendizado de máquina em um ambiente com a presença de obstáculos à propagação. As máquinas aqui apresentadas conseguem aprender por meio de experiências passadas, sendo capazes de escolher qual eNB mais provavelmente oferecerá ao usuário a melhor QoE a longo prazo, mesmo em condições de propagação severas. A avaliação de desempenho constata que os esquemas propostos beneficiam substancialmente a QoE dos usuários.

Este trabalho propõe uma metodologia para a análise de programas de ensino a distância, com base na tecnologia Learning Analytics, utilizando os dados de acesso dos alunos ao Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA), identificando os padrões sequenciais de uso mais frequentes e classificando-os de acordo com as categorias de aprendizagem autorregulada. Para a mineração sequencial de dados sequenciais os algoritmos SPAM e VGEN foram aplicados aos bancos de dados de duas instituições educacionais. Além do desenvolvimento da metodologia, como resultado desse processamento, uma grande incidência de um comportamento não previsto pela teoria da aprendizagem autorregulada foi identificado, e para classifica-lo foi criado um padrão chamado baixa participação.

As antenas de microfita têm atraído a atenção de pesquisadores no mundo inteiro por possuírem características interessantes a diversas aplicações. Contudo, desvantagens como baixo ganho, estreita largura de banda e baixa eficiência de radiação podem limitar o seu uso em um determinado sistema. Além disso, esse tipo de antena pode excitar modos de ordem superiores em adição ao fundamental. Essa característica é particularmente importante para sistemas que possuem múltiplas frequências de operação, nos demais casos, faz-se necessário o uso de filtros para eliminar os modos indesejados. Alternativamente, podem-se adicionar arranjos de defeitos ao plano de terra ou ao substrato da antena para cumprir esse mesmo objetivo, sendo tais estruturas denominadas de Defected Ground Structure (DGS) e Photonic Band Gap (PBG), respectivamente. Entretanto, o desenvolvimento de projetos realmente eficientes envolvendo esses tipos de estruturas apresenta grande dependência da correta especificação dos parâmetros físicos do arranjo utilizado. Nesse contexto, objetivando eliminar e/ou atenuar os modos de ordem superiores, sem afetar significativamente o desempenho da antena em operação para o modo fundamental, o presente trabalho estudou a aplicação de um Algoritmo Genético (AG) no desenvolvimento de novos modelos estruturas com DGS e PBG. Os modelos propostos são constituídos de furos circulares, preenchidos com ar, nos padrões hexagonal e retangular para configuração periódica e com padrão micro estruturado para a configuração quase periódica. O AG proposto foi responsável por especificar os seguintes parâmetros dos arranjos analisados: diâmetro dos furos, distância de separação entre os mesmo e o posicionamento do arranjo ao longo do comprimento da antena. Com base nos resultados obtidos, verificou-se que o AG proposto foi capaz de otimizar as estruturas analisadas de modo a preservar o modo fundamental das antenas analisadas, ao passo que os modos de ordem superiores foram eliminados e/ou consideravelmente atenuados. Verificou-se também que para o mesmo tipo de arranjo, as antenas com DGS apresentaram desempenho superior em relação as com PBG, considerando o coeficiente de reflexão do modo fundamental. Além disso, as estruturas otimizadas não apresentaram variações significativas no ganho ou padrão de radiação e elas exibiram características importantes para projetos de miniaturização. Os resultados obtidos são particularmente importantes, partindo do pressuposto que as estruturas otimizadas podem ser utilizadas para eliminar modos de ordem superiores, em aplicações com antenas de microfita passivas ou ativas que operam também como ressoadores.

Atualmente, o crescente aumento da demanda energética em todo mundo intensifica a busca pelo uso de fontes energéticas limpas e renováveis.   Dentro esse panorama,  a energia eólica vem se destacando com uma das mais promissoras.

Este trabalho apresenta um estudo sobre uma nova proposta para turbina eólicas usando um regulador eletromagnético de frequência (REF). Além disso, o REF pode ser útil em outros sistemas de transmissão onde o controle de velocidade mecânica de saída seja o objetivo.

O objetivo deste trabalho é analisar por meio de modelagem computacional, usando o Método dos Elementos Finitos, as características do sistema de redução de velocidade proposto entre uma turbina eólica e um gerador síncrono. Nesse tipo de sistema é eliminada a necessidade de sistema de redução mecânico de velocidade, normalmente sofisticados, de alto custo, manutenção frequente e confiabilidade não muito elevada.

O REF também permite eliminar o uso de conversores eletrônicos para estabelecer o acoplamento entre o aerogerador e a rede elétrica, razão pela qual também proporciona a possibilidade de obtenção de geração em corrente alternada.

Esta tese trata da resolução numérica de problemas de controle ótimo empregando um método iterativo de Controle Preditivo Baseado em Modelo (mais conhecido como MPC, do inglês ModelPredictiveControl) para sistemas não lineares multivariáveis com observância a restrições. Este método iterativo foi recentemente apresentado na literatura e evita a necessidade da solução de um problema de otimização não convexo usando uma linearização variante no tempo do modelo não linear do sistema, que é ajustada iterativamente resolvendo a cada tempo de amostragem um problema de otimização iterativo empregando a programação quadrática. A principal vantagem é a resolução mais rápida do problema de controle ótimo pelo uso da programação quadrática ao invés da programação não linear, mantendo uma descrição apropriada das dinâmicas não lineares do processo sendo controlado. A abordagem apresentada é uma evolução do algoritmo iterativo original e inclui uma modificação que melhora a otimalidade das predições, oriunda de análises da convergência do método, e uma estratégia de constrição do domínio de definição dos estados para observância das restrições, baseada em conjuntos alcançáveis através de aritmética intervalar. Primeiramente, o MPCcomo técnica de obtenção de controle ótimo é apresentado. Em seguida, são analisadas algumas abordagens MPC disponíveis na literatura que tratam a redução da complexidade no tempo do método, e, então, a abordagem proposta é introduzida, sendo discutidos sistematicamente a convergência do método e sua incerteza, uma nova e concisa descrição matemática do algoritmo, a técnica para observâncias das restrições, bem como, os aspectos relativos à sua implementação. Em sequência, são apesentadas aplicações do algoritmo proposto para demonstrar a exequibilidade da abordagem utilizada e enfatizar a forma de sua aplicação.

As superfícies seletivas em frequência (Frequency Selective Surface - FSS) possuem papel de destaque na área de telecomunicações devido aos avanços tecnológicos a fim de suprir as exigências dos usuários que a cada dia buscam tecnologias que atinjam taxas de transmissão cada vez mais elevadas e que sejam multifuncionais. Uma das alternativas encontradas foram os surgimentos das tecnologias de banda ultra larga, do inglês, ultrawideband UWB, e a tecnologia multibanda, a qual garante que redes de telecomunicações operem em várias bandas de frequência reduzindo os custos operacionais e de implantação do sistema. Tendo em vista essas exigências, busca-se por FSS que possuam este tipo de comportamento. Para encontrar FSS com tais características, pode-se fazer uso de técnicas de inteligência computacional com a finalidade de obter estruturas ótimas. Dentre as técnicas, tem-se as redes neurais artificiais, a qual será objeto de estudo nesse trabalho a fim de obter FSS com respostas multibanda e/ou banda larga para aplicações comerciais. Os projetos das FSS foram a partir de geometrias espira quadrada, espira quadrada dupla, cruz de Jerusalém e uma inédita na literatura desenvolvido durante este trabalho.

As metaheurísticas são algoritmos cuja estratégia visa reduzir o custo computacional em detrimento da qualidade não ótima das soluções. Elas são amplamente utilizadas para aproximar soluções de problemas de otimização computacionalmente intratáveis. Embora tipicamente de implementação simples, algumas metaheurísticas sofrem por não possuírem robustez quanto à sintonização de alguns parâmetros de inicialização, o que demanda um processo de tentativa de valoração muito oneroso devido à sua natureza empírica. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de três novas metaheurísticas baseadas nas abordagens livres de parâmetro, menos é mais (LIMA) e paralelas, que visam tornar robusto algumas metaheurísticas. Como resultados, os algoritmos Nelder-Mead Simplificado (SNM), o Simulated Annealing Acoplado Síncrono (SCSA) e Assíncrono (ACSA), e o Simulated Annealing Acoplado com Órbita Perpétua (PO-CSA) foram propostos. O SNM é o resultado da abordagem LIMA ao método Nelder-Mead (NM). Além de sua implementação possuir muito menos pontos que o algoritmo original, sua capacidade de realizar vários passos simples o torna capaz de encontrar melhores resultados do que o NM original mesmo para funções não convexas. O SCSA e ACSA são implementações paralelas do Simulated Annealing Acoplado (CSA) que permitem ao usuário a escolha eficiente de uma ou outra versão baseado no tamanho do problema e no número de otimizadores. A técnica Órbita Perpétua (PO) foi desenvolvida no intuito de controlar a temperatura de geração do CSA para torná-lo livre de parâmetros de inicialização. O PO-CSA aproveita a técnica PO combinada com o escalonamento automático quase-ótimo da temperatura de aceitação do CSA para tornar a otimização do CSA mais robusta com relação aos parâmetros de inicialização. Enquanto que o PO-CSA tem melhor desempenhodo que os algoritmos de referência para a maioria das funções objetivo, tanto em qualidade de solução como em tempo de execução, seu controle da temperatura de geração também se mostrou mais efetivo do que o CSA original com parâmetros de inicialização ajustados exaustivamente.

O Ministério da Saúde tem apresentado diversas ações que demonstram sua preocupação com a saúde e em particular com a atenção básica (AB). Essa preocupação se dá no sentido da indução, monitoramento e avaliação de processos e resultados mensuráveis, visando garantir o acesso e qualidade da atenção em saúde a toda a população. Nesse sentido, o Ministério da Saúde (MS) propõe várias iniciativas centradas na qualificação da Atenção Básica e, entre elas, destaca-se o Programa Nacional de Melhoria do Acesso e da Qualidade da Atenção Básica (PMAQ-AB). A Avaliação desse programa produziu um conjunto de dados que pode fornecer informações importantes sobre a saúde no Brasil, desde que devidamente tratados e analisados. Este trabalho propõe-se a, se utilizando de metodologias estatísticas, analisar o instrumento de avaliação indicando fragilidades e propondo melhorias ao mesmo.

A interação com robôs móveis de forma mais amigável utilizando linguagens naturais tem se apresentado como um desafio e é objeto de vários estudos. Este trabalho faz um levantamento das tarefas de um robô móvel com rodas - Robô-Carrinho, e realiza um procedimento para desenvolvimento de um alfabeto de gestos com um foco particular na elaboração de uma linguagem de programação por meio de gestos para o robô. O objetivo é o de suprir algumas lacunas existentes nos trabalhos relacionados. Por meio da análise comparativa destes trabalhos se constatou a falta de processos para desenvolvimento de gestos e ausência de metodologia para validação da linguagem descrita. Outro ponto observado é que o uso da linguagem natural para a comunicação entre o humano e o robô tem o propósito de condução dos mesmos em trajetórias estabelecidas ou para realizar tarefas pré-definidas. Dessa forma est pesquisa apresenta uma linguagem de programação por meio de gestos, que permite a usuários sem experiência ou quase nenhuma experiência em programação ou robótica possam programar um robô com rodas de forma simplificada e satisfatória. Para alcançar o objetivo uma metodologia para o desenvolvimento do alfabeto de gestos é descrita e em seguida executada com a participação de voluntários. Para validar a eficiência da linguagem de programação dois experimentos foram realizados com usuários reais. Foram usadas as técnicas de Ensaio de interação e Experiência do Usuário. Os resultados são satisfatórios e mostram que a linguagem de programação desenvolvida atende aos requisitos de aprendizado, facilidade de uso, eficiência, memorização, baixa taxa de erro e satisfação do usuário e pode ser utilizada como alternativa ao ensino e aprendizagem de programação e robótica.

A medição de radiação térmica incidente, entre elas as radiações infravermelho e solar, tem diversas aplicações e demanda crescente. Na medição de radiação infravermelho (IR) os microbolômetros resistivos são os sensores mais utilizados, sendo aplicados em sistemas complexos de detecção e imagens térmicas. Algumas pesquisas buscam aumentar a sensiblidade dos sistemas de detecção IR, assim como integrar novas funções, como a conversão analógico-digital, junto aos sensores. A medição de radiação solar tem como principais aplicações a meteorologia, as plantas de energia fotovoltaica e estudos para agricultura, sendo o principal instrumento utilizado o piranômetro. Os sensores termoresistivos vêm sendo utilizados para medição de temperatura, velocidade e direção de fluidos e radiação. Em diversas arquiteturas esse tipo de sensor opera em malha-fechada, com o objetivo de aumentar a sensibilidade, diminuir o tempo de resposta ou linearizar a resposta dos sistemas. Entre os circuitos mais utilizados estão a ponte de Wheatstone realimentada, os sistemas de controle, a realimentação com acoplamento capacitivo e os moduladores Sigma-Delta térmicos. O modulador Sigma-Delta Térmico (Σ∆T) é um método de medição em malha-fechada onde o elemento sensor executa parte das funções da modulação Σ∆ no domínio térmico. Neste trabalho de tese é proposta uma nova arquitetura para medição de radiação incidente usando sensores termoresistivos, na qual a faixa de operação do modulador é automaticamente ajustada para ser igual a faixa de radiação térmica. A arquitetura proposta é comparada a uma anterior, que usa o mesmo circuito porém com a faixa de operação fixa, abrangendo toda a faixa de temperatura ambiente. O circuito proposto é validado experimentalmente com um piranômetro comercial como referência. A principal vantagem do Σ∆T com auto-ajuste de faixa de operação é ter sensibilidade e relação sinal-ruído independentes da faixa de temperatura ambiente. Os resultados experimentais para faixa de temperatura ambiente de 45 ◦C apresentaram ganho de SNR de 13 dB sobre a arquitetura considerada estado da arte.

O projeto de controladores para sistemas lineares de tempo discreto sujeitos a restrições pode ser realizado baseado no conceito de conjuntos invariantes, juntamente com a solução de problemas de programação linear multiparamétricos. Esta solução é representada por um conjunto de regiões poliédricas associadas a uma lei de controle do tipo Afim por Partes (PWA, do inglês PieceWise Affine). No entanto, em sistemas de ordem elevada a técnica de programação linear multiparametrica pode resultar em controladores de alta complexidade, que requerem um hardware com grande capacidade de armazenamento na memória e alto poder de processamento para sua implementação em tempo real, devido a um número elevado de regiões poliédricas definindo a lei PWA. Neste trabalho são propostos métodos numéricos que permitem reduzir a complexidade destes controladores. Para este propósito, são usados o conceito de conjuntos invariantes e o algoritmo de análise de agrupamento de dados K q-flat. Primeiramente, mostra-se como o algoritmo K q-flat pode ser usado para estabelecer um número menor de regiões poliédricas associadas a uma lei de controle de realimentação de estado PWA. Em seguida, tal abordagem é estendida para os projetos de controladores por realimentação de saída estática para sistemas sob restrições e de observadores de estados com limitação no erro. Além disso, problemas de otimização são propostos para calcular uma lei PWA sub-ótima capaz de reduzir ainda mais o número de regiões poliédricas. Os resultados apresentados mostram que as abordagens propostas são capazes de calcular leis PWA com um número muito menor de regiões quando comparadas com a solução multiparamétrica, diminuindo fortemente o custo computacional associado a sua implementação.

As Matrizes Multieletrodo (MEA) fabricadas sobre circuitos integrados de tecnologia CMOS padrão têm propiciado o estudo de diversos tipos de culturas de células, permitindo o estímulo e registro das atividades elétricas das células \textit{in vitro}. Com o avançado da tecnologia CMOS, o processamento dos sinais biomédicos que, em sua maioria, é complexo, torna a realização do mesmo no domínio digital cada vez mais adequado. Portanto, blocos básicos como os Conversores Analógico Digital (ADC) são essenciais para realizar a interface em sistemas de sinais mistos. Desta forma, este trabalho propõe o projeto de um ADC a ser empregado no sistema de aquisição de sinais biomédicos multicanais, seguindo a metodologia de projeto top-down para concepção de Circuitos Integrados (CI). A arquitetura do ADC consiste de um conversor Sigma Delta Incremental (ΣΔI), o qual alia a característica de alta precisão dos moduladores $\Sigma\Delta$ tradicionais, com a vantagem da conversão amostra por amostra dos conversores de Nyquist, se tornando adequado para aplicações multicanais com sinais multiplexados no tempo. O modulador e o filtro digital que compõem o ADC ΣΔI consistem das topologias single-loop Cascaded-Integrator FeedForward (CIFF) e Cascade-of-Integrator (CoI), respectivamente, ambas de quarta ordem. O modulador foi implementado em Tempo Discreto (DT), utilizando a técnica a Capacitores Chaveados (SC). Os circuitos foram projetados utilizando a tecnologia CMOS padrão de 0.18 μm da TSMC e os resultados apresentados foram obtidos a partir de simulações pós-leiaute.

Propomos uma arquitetura para proporcionar que o ensino e aprendizado em sistemas multi robôs ocorra de forma autônomoma. Difer