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Dissertações |
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MARIA GRACIELLY FERNANDES COUTINHO
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Proposta de implementação em Hardware de Rede Neural Profunda baseada em Stacked Sparse Autoencoder
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Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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MEMBROS DA BANCA :
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ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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CARLOS ALBERTO VALDERRAMA SAKUYAMA
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DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
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MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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Data: 17/01/2019
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As técnicas de aprendizagem profunda (Deep Learning) aplicáveis a problemas de diversas áreas vêm ganhando grande destaque no âmbito da pesquisa mundial nos últimos anos. No entanto, os algoritmos com aprendizagem profunda possuem um custo computacional elevado, dificultando sua utilização em várias aplicações comerciais. Por outro lado, novas alternativas vêm sendo estudadas para acelerar algoritmos complexos, e entre elas, as baseadas em computação reconfigurável vêm apresentando resultados bastante significativos. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo a implementação em hardware de uma rede neural para utilização de algoritmos com aprendizagem profunda. O hardware proposto foi desenvolvido em Field Programmable Gate Array (FPGA) e suporta Redes Neurais Profundas (Deep Neural Network - DNN) treinadas com a técnica Stacked Sparse Autoencoder (SSAE). Para permitir DNNs com muitas entradas e camadas na FPGA, foi utilizada a técnica de matriz sistólica (systolic array) em todo hardware desenvolvido. Os detalhes da arquitetura desenvolvida na FPGA são evidenciados, bem como, os dados de ocupação em hardware e o tempo de processamento para duas implementações distintas. Resultados mostram que as implementações conseguem atingir throughputs elevados, permitindo a utilização de técnicas de Deep Learning em problemas de dados massivos.
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The deep learning techniques have been gaining prominence in world research in the past years. However, the deep learning algorithms have high computational cost, making it hard to apply in several commercial applications. On the other hand, new alternatives have been studying to accelerate complex algorithms, among these, those based on reconfigurable hardware has been showing very significant results. Therefore, the objective of this work is the hardware implementation of a neural network for the use of algorithms with deep learning. The hardware was developed on Field Programmable Gate Array (FPGA) and supports Deep Neural Network (DNN) trained with the Stacked Sparse Autoencoder (SSAE) technique. In order to allow DNNs with many inputs and layers on the FPGA, the systolic array technique was used in all developed hardware. The details of the architecture designed on the FPGA were evidenced, as well as the occupation data on hardware and the processing time to two different implementations. The results show that both implementations achieve high throughputs allowing the use of Deep Learning techniques in massive data problems.
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YURI PEDRO DOS SANTOS
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Sistema de Detecção e Classificação de Patologias Vocais Baseado no Domínio Espectral da Função de Correntropia
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Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
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ALUISIO IGOR REGO FONTES
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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SUZETE ELIDA NOBREGA CORREIA
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Data: 18/01/2019
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Patologias vocais afetam negativamente a vida social e profissional dos enfermos, algumas inclusive podem levar a óbito, caso não sejam tratadas rapidamente. Dentre os principais procedimentos para o diagnóstico de patologias vocais pode-se citar: laringoscopia, avaliação perceptivo-auditiva, análise acústica da voz, avaliação aerodinâmica e autoavaliação da voz pelo paciente. Entretanto, estes procedimentos geralmente são invasivos ou imprecisos. Por isso, técnicas de processamento digital de sinais vêm sendo utilizadas no projeto de sistemas não invasivos de auxílio ao diagnóstico de patologias do trato vocal. Neste trabalho é apresentado um sistema de detecção e classificação de patologias vocais, utilizando uma técnica de classificação baseada em descritores obtidos por meio da função densidade espectral de correntropia (CSD - Correntropy Spectral Density), definida como a transformada de Fourier da função de autocorrentropia. Os descritores assim obtidos possuem informações de momentos estatísticos de segunda ordem e de ordem superior do sinal de voz, por meio das quais pode-se detectar eficientemente algumas patologias vocais e classificá-las. A classificação é feita por uma rede rede neural multilayer perceptron(MLP), realizando uma classificação binária entre vozes normais e patológicas e, em seguida, entre patologias (edema e nódulo). O classificador foi avaliado por simulação computacional e os resultados obtidos indicam uma alta taxa de acerto na detecção e classificação entre patologias.
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Vocal pathologies negatively affect the social and professional life of the sick, some of which may even lead to death if they are not treated quickly. Among the main procedures for the diagnosis of vocal disorders we can cite: laryngoscopy, perceptual-auditory evaluation, acoustic analysis of the voice, aerodynamic evaluation and self-evaluation of the voice by the patient. However, these procedures are usually invasive or inaccurate. Therefore, digital signal processing techniques have been used in the design of non-invasive systems to aid in the diagnosis of vocal tract pathologies. In this work a system of detection and classification of vocal pathologies is presented, using a classification technique based on descriptors obtained through the Correntropy Spectral Density (CSD) function, defined as the Fourier transform of the autocorrelation function. The descriptors obtained have information of second-order and higher-order statistical moments of the speech signal, through which vocal pathologies can be efficiently detected and classified. The classification is made by a neural network multilayer perceptron (MLP), performing a binary classification between normal and pathological voices and then between pathologies (edema and nodule). The classifier was evaluated by computer simulation, and the results indicate a high hit rate of detection and classification among pathologies.
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RUTE SOUZA DE ABREU
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Uma metodologia para detecção de relações de causalide entre séries de tempo discreto em sistemas
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Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
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LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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RODRIGO SIQUEIRA MARTINS
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Data: 25/01/2019
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A necessidade de detectar relações de causalidade entre processos, eventos ou variáveis está presente em diversas áreas do conhecimento, por exemplo, computação distribuída, mercado de ações, indústria, medicina, etc. Isso ocorre porque a identificação dessas relações pode, muitas vezes, ser útil na solução de diversos problemas. Por exemplo, manter a consistência de bancos de dados replicados ao escrever algoritmos distribuídos ou otimizar a compra e venda de ações no mercado financeiro. Neste contexto, esta dissertação propõe uma nova metodologia para detecção de relações de causalidade em sistemas utilizando critérios de informação e redes Bayesianas para gerar uma estrutura de conexões entre séries temporais, de tempo discreto, mais provável. Modelando o sistema como grafo, no qual os nós são as séries temporais discretas e as arestas representam as relações, a ideia principal deste trabalho é detectar relações de causalidade entre os nós. Essa detecção é feita usando o método de entropia de transferência, que é um método para quantificar a transferência de informação entre duas variáveis, e o algoritmo K2, um método heurístico cujo objetivo é encontrar a estrutura de rede Bayesiana mais provável, dado um conjunto de dados. Porque o K2 depende da premissa de ter uma estrutura previa que define a hierarquia entre os nós da rede, é proposto na metodologia a criação desta pré-ordem considerando as relações diretas e indiretas, e a modelagem destas de acordo com o atraso entre causa e efeito. Além disso, sabendo que o algoritmo K2 considera que cada instância do conjunto de dados ocorre simultaneamente, a metodologia proposta modifica o algoritmo original inserindo nele a dinâmica desses atrasos. Esta modificação provê um mecanismo para comparar as relações de causalidade direta e indireta em relação à contribuição destas para a estrutura da rede. Como resultado obtém-se um grafo que representa relações de causalidade entre as séries, com os atrasos das relações explicitadas.
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The need for detecting causality relations among process, events or variables is present in many areas of knowledge e.g., distributed computing, the stock market, industry, medicine, etc. This occurs because the knowledge of these relations can often be helpful in solving a variety of problems. For example, maintaining the consistency of replicated databases when writing distributed algorithms or optimizing the purchase and sale of stocks in the stock market. In this context, this dissertation proposes a new methodology for detecting causality relations in systems by using information criteria and Bayesian networks to ensemble the most probable structure of connections among discrete time series. Modeling the system as a directed graph, in which the nodes are the discrete time series and the edges represent the relations, the main idea of this work is to detect causality relations among the nodes. This detection is made using the method of transfer entropy, which is a method to quantify the information transferred between two variables, and the K2 algorithm: a heuristic method whose objective is to find the most probable belief-network structure, given a data set. Because K2 depends on the premise of having a previous structure that defines the hierarchy among the network nodes, it is proposed in the methodology the creation of the previous ordering on the nodes considering direct and indirect relations, and the modeling of these relations according to the lag between cause and effect. In addition, knowing that the K2 algorithm considers that each case of the data set occurs simultaneously, the proposed methodology modifies the original algorithm by inserting the dynamics of these lags into it. This modification provides a mechanism for comparing direct and indirect causality relations regarding its contribution to the structure. As the result, it is obtained a graph of causality relations among the series, with the relation's lags being explicit.
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YURI THOMAS PINHEIRO NUNES
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Abordagem Baseada em Dados para Configuração de Alarmes Industriais
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Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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CLAUBER GOMES BEZERRA
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IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
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LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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Data: 25/01/2019
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As plantas industriais são compostas por processos que somam milhares de variáveis. Visando garantir segurança e qualidade à operação, esses processos são monitorados e alarmes são configurados de modo a indicar algum possível mau funcionamento. Dentre os problemas mais comuns associados aos alarmes industriais podemos citar: alta ocorrência de falsos alarmes, alarmes perdidos e alarmes ruidosos, sobrecarga dos operadores e enxurrada de alarmes. Estes problemas estão relacionados com o processo de seleção das variáveis monitoradas, as técnicas de ativação e desativação de alarmes, entre outras características do processo e do sistema de alarme. Este trabalho tem como foco definir uma abordagem para configurar alarmes eficientes e significativos para o operador. A abordagem aqui proposta tem inspiração no fluxo de trabalho de um cientista de dados que inicialmente precisa identificar as características das bases de dados utilizadas para então aplicar transformações que tornem os dados mais adequados possibilitando a extração de informações valiosas. Muitas vezes o cientista está interessado em criar um modelo que descreve os dados ou possibilita predições. Esta é uma tarefa muito similar a de configuração de alarmes onde é necessário selecionar as variáveis relevantes e definir as configurações de cada alarme de maneira a classificar o funcionamento do processo como adequado ou não e auxiliar a identificar a falha. A abordagem proposta aqui é constituída de quatro partes: descrição dos dados, seleção de variáveis, sintonia e avaliação de desempenho. Durante a etapa de descrição são obtidas informações relevantes sobre os dados como presença de eventos, quantidade de eventos distintos, duração de eventos, etc. Na etapa de seleção são definidas as variáveis relevantes para detecção de anormalidades. A sintonia dos alarmes é similar a um processo de treinamento, onde um modelo é construído para descrever o comportamento dos dados. Finalmente durante a avaliação, as configurações encontradas são aplicadas a um histórico do processo para aferir se as configurações se comportam de maneira a atender restrições de segurança e qualidade. Como estudo de caso, uma configuração de alarmes industriais foi obtida para o Tennessee Eastman Process que é um simulador amplamente usado pela comunidade acadêmica.
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Industrial plants are composed of processes that add up to thousands of variables. To ensure safety and quality of operation, these processes are monitored and alarms are configured to indicate a possible malfunction. Among the most common problems associated with industrial alarms we can mention: high occurrence of false alarms, missed alarms and chattering alarms, operator overload and alarm flooding. These problems are related to the process of selection of the monitored variables, the techniques of activation and deactivation of alarms, among other characteristics of the process and the alarm system. This work focuses on defining an approach to configure efficient and significant alarms for the operator. The approach proposed here is inspired by the workflow of a data scientist who initially needs to identify the characteristics of the databases used to then apply transformations that make the data more suitable allowing the extraction of valuable information. Many times the scientist is interested in creating a model that describes the data or makes predictions possible. This is a very similar task of alarm configuration where it is necessary to select the relevant variables and to configure the settings of each alarm in order to classify the operation of the process as appropriate or not and to help identify the fault. The approach proposed here consists of four parts: description of data, selection of variables, tuning and performance evaluation. During the description step, relevant information about the data is obtained, such as the presence of events, the number of different events, the duration of events, etc. In the selection stage, the relevant variables for detection of abnormalities are defined. The tuning of alarms is similar to a training process, where a model is built to describe the behavior of the data. Finally during the evaluation, the settings found are applied to a process history to asses whether the settings behave in a way that meets security and quality constraints. As a case study, an industrial alarm configuration was obtained for the Tennessee Eastman Process which is a simulator widely used by the academic community.
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MAX RODRIGUES MARQUES
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Avaliação da Proteção de gerador de indução duplamente alimentado aplicando a transformada wavelet
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Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
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MEMBROS DA BANCA :
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CAMILA MARA VITAL BARROS
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FLAVIO BEZERRA COSTA
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LUCIANO SALES BARROS
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RODRIGO PRADO DE MEDEIROS
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THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
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Data: 28/01/2019
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Com o aumento da globalização e da demanda energética mundial, tem-se buscado garantir a sustentabilidade devido à crescente preocupação de preservar o planeta para gerações futuras. Portanto, investimentos em fontes de energia limpas e renováveis, como a geração eólica, ganharam espaço nos grupos de pesquisas em busca de superar as desvantagens e aprimorar os benefícios. O gerador de indução duplamente alimentado (GIDA) é o predominante no mercado. Contudo, considerando as falhas elétricas inerentes a este tipo de gerador e as existentes no sistema elétrico de potência (SEP), a proteção de seus elementos é um tópico importante para o qual ainda não existem estudos abrangentes. Nesta dissertação é investigado as técnicas empregadas atualmente para realização das proteções interna e externa aplicadas à topologia GIDA. Como também, é apresentado as fundamentações teóricas sobre os sistemas de conversão de energia eólica (SCEE), da transformada wavelet e de algumas proteções baseadas em relés. São analisados e avaliados sinais elétricos do conjunto GIDA em caso de faltas nos seus terminais utilizando a transformada wavelet estacionária com borda em tempo real (BSWT-RT). Além disso, estudos qualitativos referente às proteções de sobrecorrente wavelet,subtensãowavelet, direcional e diferencial são realizadas com o intuito de avaliar e validar essas novas tendências de proteção aplicadas a SCEE. Como também, desenvolver um método preliminar de identificação de faltas internas em um GIDA. As análises dessas proteções aplicadas a sinais reais, coletados em uma bancada de testes experimentais com GIDA, evidenciam que as ferramentas matemáticas utilizadas obtiveram um bom desempenho para proteção contra faltas elétricas no ponto de conexão comum.
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With the globalization and the rapidly increasing global energy demand, it has been seeking the sustainability guarantee because the growing concern to preserve the planet for future generations. Therefore, investments in clean and renewable energy sources, such as wind power generation, have gained space in research groups in order to overcome their drawbacks and improve the benefits. The doubly fed induction generator (DFIG) is the predominant one in the market. Nevertheless, considering the electrical failures inherent to this generator type and the ones in the power system (PS), the protection of its elements is an important topic that still does not have comprehensive studies. This dissertation investigates the techniques used to perform the internal and external protections applied to the DFIG topology. As well as, it is presented the theoretical fundamentals about the wind energy conversion systems (WECS), the wavelet transform, and some relay-based protections. DFIG electrical signals in case of machine terminal faults is analyzed and evaluated using the real-time stationary wavelet transform with boundary effect (RT-BSWT). Furthermore, qualitative studies on wavelet overcurrent, wavelet under-voltage, directional, and differential protections will be introduced in order to assess and to validate these new protection trends applied to WECS.As also, to develop a preliminary method of identifying internal faults in a DFIG. Analysis applying these protections to real signals, collected by an experimental test-bench with DFIG, demonstrated which the used mathematical tools had good performances for protection against electrical faults at the common connection point.
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KAIO MÁRCIO DA COSTA BANDEIRA
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Antenas de Microfita Multibanda para Aplicações em Sistemas de Comunicação Sem Fio Padrões IEEE 802.11ax e IEEE 802.11ah
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Orientador : VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
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MEMBROS DA BANCA :
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VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
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VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
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CRISTHIANNE DE FATIMA LINHARES DE VASCONCELOS
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MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
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FRANCISCO DE ASSIS BRITO FILHO
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Data: 27/06/2019
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Diante da evolução dos padrões de sistemas de comunicações sem fio, em que há a necessidade de atuação em diversas faixas de frequências, é indispensável a concepção de dispositivos capazes de atender aos requisitos que esse progresso demanda. As antenas são elementos que desempenham papel primordial nesses sistemas, no qual as antenas planares de microfita têm se demonstrado com elevada evidência devido ao seu baixo perfil, dispositivos miniaturizados, baixo custo de fabricação e são de fácil integração aos dispositivos. Com o objetivo de otimizar a ocupação de espaço físico nos transceptores e nos dispositivos finais dos usuários, este trabalho apresenta a proposta de uma antena de microfita baseada em um monopolo planar com plano de terra com fendas para operação em múltiplas bandas para atender novos sistemas de comunicações sem fio, tais como, IEEE 802.11ah, IEEE 802.11ax (banda inferior em 2,45 GHz) e o CBRS. Após isso, será implementada a reconfiguração em frequência através da utilização de diodos PIN. Será apresentado o processo de formação do projeto e design da estrutura, considerando as pesquisas mais recentes na literatura especializada. Para fins de análise, foram realizadas simulações pelo método dos Elementos Finitos implementado por meio do software comercial Ansoft HFSS. Alguns protótipos iniciais foram fabricados para fins de validação dos resultados preliminares deste trabalho. A caracterização experimental desses protótipos foi realizada mediante um analisador de redes vetorial. Diante das comparações entre resultados teóricos simulados e os experimentos preliminares, pode-se afirmar que uma boa concordância entre eles é observada, corroborando com os estudos até então desenvolvidos.
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In view of the evolution of the standards of wireless communication systems, where there is a need for performance in several frequency bands, it is indispensable to design devices capable of meeting the requirements that this progress demands. The antennas are elements that play a fundamental role in these systems, in which planar microstrip antennas have been demonstrated with high evidence due to their low profile, miniaturized devices, low manufacturing cost and are easily integrated with the devices. With the objective of optimizing the occupation of physical space in the transceivers and in the end devices of the users, this work presents the proposal of a microstrip antenna based on a planar monopole with ground plane with slits for operation in multiple bands to meet new systems of wireless communications such as IEEE 802.11ax and IEEE 802.11ah. The process of design formation and design of the structure will be presented, considering the most recent research in the specialized literature. For the purposes of analysis, simulations were performed by the Finite Element method implemented through the commercial software Ansoft HFSS. Some initial prototypes were fabricated for purposes of validation of the preliminary results of this work. The experimental characterization of these prototypes was performed through a vector network analyzer. In view of the comparisons between simulated theoretical results and the preliminary experiments, it can be affirmed that a good agreement between them is observed corroborating with the studies previously developed.
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MÁRIO GUILHERME FLORES FIGUEREDO
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Desempenho de algoritmos de localização de sinais de áudio sujeitos a ruído impulsivo
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Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
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MEMBROS DA BANCA :
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FRANCISCO CARLOS GURGEL DA SILVA SEGUNDO
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VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
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VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
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Data: 28/06/2019
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Nos últimos anos, com o aumento da capacidade de processamento, bem como a miniaturização dos dispositivos eletrônicos, diversos sistemas baseados em localização de sinais de áudio têm surgido, a exemplo dos sistemas comerciais de detecção de atiradores (ShotSpotter) e de monitoramento por voz (voicecare), e residenciais, entres eles, sistema de entretenimento e automação residencial (e.g. Google Home e Amazondot). Na literatura, os métodos clássicos de Direction-of-Arrival (DoA) são comumente avaliados em ambientes acústicos submetidos ao Ruído Gaussiano Branco Aditivo (AWGN). No entanto, os ambientes acústicos também estão submetidos ao ruído impulsivo, sob o qual os métodos clássicos de estimação de DOA tem desempenho degradado. Desta forma, além descrever e avaliar o desempenho de métodos de DOA clássicos paramétricos e não-paramétricos, e demonstrar os seus respectivos desempenhos em ambientes acústicos submetidos ao AWGN, este trabalho se propõem também a apresentar o desempenho destes quando submetidos ao ruído impulsivo modelado pelo método de mistura de gaussianas. Como última contribuição, os métodos são testados utilizando sinais reais advindos de um sistema de aquisição próprio.
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Recently, with increasing processing capacity as well as the miniaturization of electronic devices, a number of commercial systems based on the location of audio signals have emerged, such as shot spotter and voice monitoring systems, and residential, among them, entertainment system and home automation (e.g. Google Home and Amazon dot). In the literature, the classical methods of Direction-of-Arrival (DoA) are commonly evaluated in acoustic environments submitted to White Additive Gaussian Noise (AWGN). However, acoustic environments are also subject to impulsive noise, under which the classical methods of DOA estimation have degraded performance. In this way, besides describing and evaluating the performance of classical parametric and non-parametric DOA methods, and demonstrating their respective performances in acoustic environments submitted to AWGN, this work also proposes to present their performance when subjected to the impulsive noise modeled by the Gaussian mixing method. As a last contribution, the methods are tested using real signals from a proprietary acquisition system.
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SAMUEL BELARMINO DE PAIVA
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Análise e Síntese de Superfícies Seletivas de Frequência Bioinspiradas Usando Redes Neurais para Aplicações em Sistemas de Comunicação sem Fio
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Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
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GLAUCO FONTGALLAND
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HERTZ WILTON DE CASTRO LINS
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JOSE ALFREDO FERREIRA COSTA
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VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
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Data: 01/07/2019
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Este trabalho apresenta uma análise de Superfícies Seletivas de Frequência Bioinspiradas (Bioinspired Frequency Selective Surfaces - BFSSs), para aplicações em sistemas de comunicações sem fio, operando na banda C, na banda Ku e em UWB (ultra-wideband). São consideradas estruturas de BFSS simples e acopladas. As BFSS possuem os elementos patches dos arranjos com os formatos do trevo de quatro folhas e da folha maple, e apresentaram resposta dual-band, com as frequências de operação nas bandas C e Ku. Para o desenvolvimento das BFSS com a banda ultra larga, foi desenvolvida uma estrutura em cascata, em que uma FSS com elementos patches com o formato de espiras quadradas foi acoplada às BFSS. Além disso, foi desenvolvida a síntese da BFSS no trevo de quatro folhas, utilizando uma rede neural artificial com arquitetura feedforward em cascata e com algoritmo de treinamento regularização Bayesiana, para obtenção das especificações de frequências de ressonância e respectivas larguras de bandas desejadas. Os valores numéricos encontrados por meio de simulações para os protótipos projetados foram obtidos pelo software ANSYS HFSS. Protótipos foram fabricados e caracterizados experimentalmente. Os resultados medidos foram comparados com os simulados e uma boa concordância foi observada.
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This work describes the analysis of Bioinspired Frequency Selective Surfaces (BFSS) for applications in wireless systems, operating in the C band, Ku band and UWB (ultra-wideband). Simple and coupled BFSS structures are considered. The BFSSs have array elements with the four-leaf clover-shaped and maple leaf-shaped, and presented dual-band response, with the operating frequencies in the C and Ku bands. For the development of BFSSs with the ultra-wideband, a cascade structure was developed, in which a FSS with elements with patches with the shape of square loops was coupled to the BFSSs. In addition, the four-leaf clover BFSS synthesis was developed using an artificial neural network with a cascade feedforward architecture and Bayesian regularization training algorithm to obtain the specifications of resonance frequency and respective desired bandwidths. The numerical values obtained by simulations for the developed prototypes were obtained by the ANSYS HFSS software. Prototypes were manufactured and experimentally characterized. The measured results were compared with the simulated ones and a good agreement was observed.
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LUIZ ANDRÉ PONTAROLO
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Ajuste de Controlador PID por Método de Autossintonia Baseado em Estimativa de Robustez
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Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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OSCAR GABRIEL FILHO
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Data: 05/07/2019
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Neste trabalho, é proposto um processo de ajuste de controladores PID por método de autossintonia voltado à robustez do sistema, implementado em um Controlador Lógico Programável (CLP) com o uso de experimentos do relé, com possibilidade de aplicação em controladores PI-D. O método foi elaborado por meio da adaptação de métodos voltados para controladores PI já existentes, com o objetivo de utilizar poucas estruturas iterativas, permitindo a implementação em CLP, assim como melhorar o desempenho na resposta transitória do sistema. A robustez é indicada pela máxima sensibilidade do sistema, sendo estabelecida pelo usuário. Os experimentos do relé fornecem pontos de resposta em frequência que permitem o cálculo de parâmetros que modificam os termos originais do controlador, de modo a retirar os pontos do interior do círculo de máxima sensibilidade. Os resultados de aplicações em dois CLP, de sistemas didáticos distintos, permitiu a comparação com um método de ajuste de controlador PI existente e a demonstração da eficácia do método.
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In this work a process of adjustment of PID controllers using the auto tuning method oriented to the robustness of the system and implemented in a Programmable Logic Controller (PLC) with the use of relay experiments is presented, with possibility of application in PI-D controllers. The method was developed through the adaptation of methods directed to existing PI controllers, with the objective of using few iterative structures, allowing the implementation in PLC, as well as improving the performance in the transient response of the system. Robustness is indicated by the maximum sensitivity of the system. Relay experiments provide frequency response points that allow calculation of parameters that modify the original terms of the controller in order to remove the points from the interior of the maximum sensitivity circle. Results of two PLC applications of different didactic systems allowed comparison with an existing PI controller tuning method and the demonstration of the effectiveness of the method.
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JOÃO RICARDO TAVARES GADELHA
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Controle Preditivo Aplicado a um Sistema de Elevação Artificial Pluger Lift
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Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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MEMBROS DA BANCA :
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CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
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ANDRÉ FELIPE OLIVEIRA DE AZEVEDO DANTAS
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Data: 12/07/2019
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Durante a vida produtiva da maioria dos poços de gás ocorre um acúmulo de líquidos no fundo do poço que causa uma pressão contrária à vazão do reservatório, reduzindo a produção do poço, podendo até, em casos extremos, interromper completamente a produção. Dessa forma, um dos possíveis métodos de elevação artificial para solucionar este problema é representado pelo Plunger Lift. Consiste em uma técnica de baixos custos de instalação e manutenção que utiliza um pistão para, dentre outros usos, aumentar a eficiência de remoção de líquidos do sistema. No entanto, este método necessita de um controlador bem ajustado para definição apropriada dos períodos de abertura e fechamento de um válvula motora instalada na cabeça do poço para regulagem da produção. O controle preditivo é uma técnica que pode ser aplicada para realizar tal tarefa, realizando predições do comportamento futuro da planta a fim de obter seu desempenho ótimo. Neste trabalho, foi realizada a implementação e aplicação de um controlador preditivo linear a um poço simulado operando por Plunger Lift. O controlador foi aplicado sob condições diferentes de habilidade de drenagem, com e sem, do gás presente no espaço anular. Os resultados do MPC sem drenagem foram comparados com versões convencionais de controle de Plunger Lift existentes na indústria de petróleo através de análise gráfica e de observação de parâmetros de desempenho. Este controlador obteve melhores resultados quanto ao controle de velocidade média de subida do pistão e de produção acumulada. Na comparação dos MPC com e sem drenagem, a versão capaz de manipular os gases do espaço anular conseguiu levar o sistema a operar com velocidades de subida do pistão em faixas mais seguras.
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During the productive life of most gas wells there is an accumulation of liquid at the bottom of the well which causes a pressure contrary to the flow of the reservoir, reducing the production of the well. In this way, one of the possible artificial lift methods to solve this problem is represented by the Plunger Lift. It consists of a low-cost installation and maintenance technique that uses a piston to, among other uses, increase the efficiency of liquid removal from the system. However, this method requires a well-adjusted controller to appropriately define the opening and closing periods of a motor valve installed in the wellhead for production control. Predictive control is a technique that can be applied to perform such task, performing predictions of the future behavior of the plant in order to obtain its optimum performance. In this work, the implementation and application of a linear predictive controller to a simulated well operated by Plunger Lift was performed. The controller was applied under different conditions of draining ability, with and without, of the gas present in the annular space. Results of MPC without drainage were compared with conventional versions of Plunger Lift control in the oil industry through graphical analysis and observation of performance parameters. This controller obtained better results regarding the control of the average speed of plunger ascent and accumulated production. In the comparison of MPC with and without drainage, the version capable of manipulating the gases from the annular space was able to cause the system to operate at speeds of piston ascent in safer ranges.
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RAFAEL MAGALHÃES NÓBREGA DE ARAÚJO
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Desenvolvimento e Avaliação de um Sistema Autossuficiente Fotovoltaico-Termoelétrico
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Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
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MEMBROS DA BANCA :
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ALBERTO SOTO LOCK
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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JOÃO TEIXEIRA DE CARVALHO NETO
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Data: 29/07/2019
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A geração de energia elétrica por uma célula fotovoltaica depende prioritariamente da temperatura de operação e da irradiação solar incidente na mesma. A temperatura de operação pode ser controlada através da utilização de células termoelétricas na função de refrigeração. Este trabalho propõe um sistema autossuficiente em que células fotovoltaicas são arrefecidas por células termoelétricas. Propõe também analisar em que situações se consegue atingir um aumento de rendimento favorável. Simulações foram realizadas levando em consideração diversos conjuntos de irradiação solar, velocidade do vento, e potência dedicada para o arrefecimento. Resultados sugerem que o sistema proposto alcança rendimento líquido positivo nas situações em que variáveis ambientais levam a temperaturas mais elevadas do painel fotovoltaico aliado à baixa e controlada potência dedicada às células termoelétricas
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The generation of electric energy by a photovoltaic cell mainly depends on the operating temperature and solar irradiance that falls on it. The operating temperature can be controlled by means of thermoelectric cells working as coolers. This work proposes a self-sufficient system in which photovoltaic cells are cooled by thermoeletric cells. It also proposes an analysis on which situations a favorable energy yield can be reached. Simulations have been performed taking into account diverse sets of solar irradiance, wind speed, and electric power dedicated to the cooling. Results suggest that the proposed system reaches positive net yield in situations that environmental variables lead to higher photovoltaic panel operating temperature combined with controlled low power dedicated to the thermoeletric cells.
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NAYANA LETÍCIA DE MORAIS VIANA
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Amplificadores de instrumentação integrados de baixo consumo e baixo ruído para aplicações portáteis voltadas ao tratamento de biossinais
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Orientador : DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
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MEMBROS DA BANCA :
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DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
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SEBASTIAN YURI CAVALCANTI CATUNDA
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ANTONIO WALLACE ANTUNES SOARES
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FRANCISCO DE ASSIS BRITO FILHO
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Data: 29/07/2019
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Este trabalho apresenta uma proposta de um amplificador de instrumentação de baixo consumo, utilizando a tecnologia CMOS 0,6 μm. É inicialmente apresentado um referencial teórico acerca da aplicação escolhida: tratamento de biopotenciais. Em seguida, são apresentadas as arquiteturas de amplificadores de instrumentação presentes na literatura voltados para biopotenciais, bem como, configurações de baixo consumo e baixo ruído. É realizado ainda um estudo acerca dos tipos de pseudo-resistores presentes em literatura. Feito isso, é apresentada toda a metodologia empregada para a realização desse trabalho, como a escolha da arquitetura utilizada, como é realizado o dimensionamento do sistema e quais os tipos de simulações utilizadas para avaliar o desempenho do mesmo. Por fim, pode-se concluir que utilizar circuitos integrados com tecnologia CMOS pode viabilizar inúmeras aplicações de baixo consumo portáteis que utilizem a aquisição de biopotenciais, justificando assim tal projeto.
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In this work is presented a low power instrumentation amplifier using 0.6 μm CMOS technology. It is initially shown the theoretical background about the chosen application: treatment of biopotentials. Next, we present the architectures of instrumentation amplifiers present in the literature focused on biopotentials, as well as low power and low noise configurations. A study is also carried out on the types of pseudo-resistors present in the literature. Once this is done, all the methodology used to perform this work is presented, such as the choice of the architecture used, how the system design is performed and what types of simulations are used to evaluate the performance of the system. Finally, it can be concluded that using integrated circuits with CMOS technology can enable numerous low-power portable applications that use the acquisition of biopotentials, thus justifying such design.
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ANDREW VINÍCIUS SILVA MOREIRA
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Desempenho do Método Perturba e Observa com Passo Adaptativo e Agrupamento de Pontos em Módulo Fotovoltaico com Diodo de Passagem Inteligente Perante o Sombreamento Parcial
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Orientador : LUCIANO SALES BARROS
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MEMBROS DA BANCA :
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LUCIANO SALES BARROS
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ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
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JOÃO TEIXEIRA DE CARVALHO NETO
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Data: 31/07/2019
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O crescimento exponencial da utilização da energia Solar Fotovoltaica (PV) faz que a questão do desempenho dos painéis conectados à rede elétrica seja extremamente relevante, pois a sua eficiência é relativamente baixa se comparada a outras fontes energéticas. Dentre os principais estudos, destacam-se: o Sombreamento Parcial (PS) e o Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (MPPT). O PS refere-se aos níveis distintos de irradiância ao longo do painel fotovoltaico e o MPPT refere-se ao rastreio do ponto de máxima potência de acordo com as condições ambientes. Neste trabalho, foi modelado e simulado um painel fotovoltaico atual com 72 células, contendo uma configuração moderna de diodo de passagem inteligente. A fim de verificar a performance do painel fotovoltaico foram simulados sombreamentos parciais e a busca do ponto de máxima potência empregando a técnica mais simples de MPPT: Perturb & Observe (P&O), entretanto modificada com passo adaptativo e agrupado.
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The exponential growth in the use of photovoltaic solar (PV) energy makes that the question of the performance of panels connected to the grid is extremely relevant, because its efficiency is relatively low if compared to other energy sources. Among the main studies, the following stand out: Partial Shading (PS) and Maximum Power Point Tracking (MPPT). The PS refers to the distinct levels of irradiance along the photovoltaic panel and the MPPT refers to the maximum power point tracking according to ambient conditions. In this work, a current photovoltaic panel with 72 cells, containing a modern smart bypass diode configuration was modeled and simulated. In order to verify the performance of the photovoltaic panel were simulated partials shadings and the maximum power point tracking using the simplest MPPT technique: Perturb & Observe (P&O), however modified with adaptive step and clustered.
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ALESSANDRO DE SOUZA LIMA
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Análise de Painéis Fotovoltaicos Perante a Sombreamento Parcial Usando Magic Square e P&O Adaptativo
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Orientador : ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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JOÃO TEIXEIRA DE CARVALHO NETO
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LUCIANO SALES BARROS
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Data: 31/07/2019
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O sombreamento parcial diminui a potência gerada pelos arranjos de painéis solares. Nessa condição, alguns painéis acabam recebendo irradiação solar diferente de outros, causando múltiplos picos em P-V e I-V, resultando em perdas. Este trabalho tem como objetivo reduzir as perdas causadas pelo sombreamento parcial a partir de reconfigurações dos arranjos de painéis, em conjunto com um algoritmo de MPPT P&O adaptativo. A modelagem dos painéis solares é realizada em ambiente de simulação Matlab & Simulink. É realizada também a modelagem do método de MPPT P&O adaptativo. Os arranjos testados são do tipo Total Cross-Tied (TCT), Série Paralelo Total Cross-Tied (SP-TCT), Bridge - Linked – Total Cross-Tied (BL-TCT), Bridge - Linked - Honey - Comb (BL-HC), além de um equivalente Magic Square (MS) para cada um dos arranjos apresentados. O Magic Square é uma forma de rearranjar os painéis solares em posições diferentes, com o intuito de atenuar as perdas causadas pelo sombreamento. As performances de todas as configurações são testadas para situações diferentes de sombreamento e demonstradas a partir de gráficos V-P. Além do MS, com o intuito de tornar o sistema mais eficiente, é implementado o MPPT P&O adaptativo que possui um tempo de resposta mais rápido em relação ao P&O padrão.
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Partial shading decreases the power generated by solar panel arrangements. In this condition, some panels end up receiving solar radiation different from others, causing multiple peaks in P-V and I-V, resulting in losses. This work aims to reduce the losses caused by partial shading from reconfigurations of the panel arrangements, in conjunction with an adaptive P & O MPPT algorithm. The modeling of the solar panels is carried out in a Matlab & Simulink simulation environment. The modeling of the adaptive MPPT P&O method is also performed. The tested arrangements are of the Total Cross-Tied (TCT), Total Cross-Tied (SP-TCT), Bridge-Linked - Total Cross-Tied (BL-TCT), Bridge-Linked-Honey-Comb (BL-HC), plus a Magic Square (MS) equivalent for each of the arrangements presented. Magic Square is a way to rearrange the solar panels in different positions, in order to mitigate the losses caused by shading. The performances of all configurations are tested for different shading situations and demonstrated from V-P graphics. In addition to the MS, in order to make the system more efficient, it implements the adaptive MPPT P&O that has a faster response time than the standard P&O.
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ADRIANA BENÍCIO GALVÃO
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Ferramenta Colaborativa para Análise de Dados na Saúde Pública: Aplicação no Estudo de Séries Temporais para o Projeto "Sífilis Não"
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Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
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MEMBROS DA BANCA :
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RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
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AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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KENIO COSTA DE LIMA
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ROBINSON LUIS DE SOUZA ALVES
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Data: 16/08/2019
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Nos dias atuais, há uma tendência para o uso da análise de dados no intuito de implementar mudanças nos sistemas de saúde, que possibilitem, dentre outros benefícios, a redução de custos, a prevenção de doenças e a melhor prestação de serviços à população. Uma das iniciativas do governo brasileiro, nesse sentido, é o projeto "Sífilis Não", o qual induz ações voltadas ao controle da Sífilis nas redes de atenção à saúde.
O termo "Big Data na Saúde" vem sendo amplamente utilizado em diversos estudos que buscam, em geral, encontrar e avaliar os possíveis benefícios de Big Data para os cuidados da saúde. Muitos desses estudos, entretanto, se baseiam em análises teóricas e qualitativas, apresentando limitações na validação das soluções propostas e destacando desafios na formação de competências para o uso de tecnologias de Big Data. Nesse contexto, o presente trabalho tem o objetivo de elaborar e implementar uma ferramenta colaborativa, facilitadora para a análise de big data, que irá contribuir, em especial, para o estudo de séries temporais referentes às notificações de Sífilis adquirida, congênita e em gestantes, registradas no Sistema de Informação de Agravos de Notificação (SINAN).
Foi elaborado um framework, que permite a colaboração entre profissionais com competências distintas, para o desenvolvimento de programas experimentais de análise de dados, utilizando um ambiente de big data pré-configurado. O framework e suas funções implementadas compõem a ferramenta desenvolvida neste trabalho, a qual permite importar séries temporais e executar métodos para a extração de características envolvendo dados de um ou mais Sistemas de Informação em Saúde. Por fim, por meio da ferramenta desenvolvida, foram obtidos indicadores epidemiológicos para o monitoramento da Sífilis.
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Nowadays, there is a trend towards the use of data analysis in order to implement changes in health systems, which allow, among other benefits, cost reduction, disease prevention and better service delivery to the population. One of the initiatives of the Brazilian government, in this sense, is the project "Syphilis No", which induces actions aimed at the control of syphilis in health care networks. The term "Big Data in Health" has been widely used in several studies that seek, in general, to find and evaluate the possible benefits of Big Data for health care. Many of these studies, however, are based on theoretical and qualitative analysis, presenting limitations in the validation of the proposed solutions and highlighting the skills in the development of competences for the use of Big Data technologies. In this context, the present work has the objective of elaborating and implementing a collaborative tool, which facilitates the analysis of big data, which will contribute, in particular, to the study of time series regarding the reports of acquired, congenital, and registered syphilis in the Notification of Injury Information System (SINAN).
A framework was developed that allows collaboration between professionals with different skills to develop experimental data analysis programs using a preconfigured big data environment. The framework and its implemented functions make up the tool developed in this work, which allows to import time series and execute methods for the extraction of characteristics involving data from one or more Health Information Systems. Finally, through the tool developed, epidemiological indicators were obtained for the monitoring of Syphilis.
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MARCELLA ANDRADE DA ROCHA
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Um texto tão singular quanto a impressão digital: O uso de sistemas inteligentes para reconhecimento de autoria
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Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
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MEMBROS DA BANCA :
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AQUILES MEDEIROS FILGUEIRA BURLAMAQUI
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ELOIZA DA SILVA GOMES OLIVEIRA
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KARILANY DANTAS COUTINHO
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RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
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ROBINSON LUIS DE SOUZA ALVES
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Data: 16/08/2019
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A Atribuição de autoria, a ciência de inferir um autor para um determinado texto com base em suas características de escrita é um problema com uma longa história. Neste trabalho, está sendo proposto o estudo do problema de atribuição de autoria para fins de torná-lo uma ferramenta de uso na plataforma de ensino a distância do Ministério da Saúde (MS), AVASUS, e será apresentada as técnicas de análise de texto e características estilométricas dos autores que permitem que a autoria seja determinada em índices significativamente melhores, no qual os textos são maiores que 140 caracteres. Esta proposta tem como alvo o AVASUS, onde os estudantes fazem os cursos da plataforma, compartilham seus interesses e pensamentos em forma de mensagens nos fóruns e fazem atividades que exigem redações sobre determinados temas na área da saúde, essas produções escritas são o foco da aplicação de atribuição de autoria. As técnicas estudadas como proposta são um processo de dois estágios, onde no primeiro estágio, informações estilométricas são extraídas do conjunto de dados coletados e no segundo estágio diferentes algoritmos de classificação são treinados e técnicas de análise léxica são aplicadas para prever os autores dos textos. O esforço é para maximizar a precisão das previsões com quantidade ideal de dados e usuários em consideração.
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The Authorship Attribution, the science of inferring an author for a particular text based on their writing characteristics is a problem with a long history. In this work, it is being proposed the study of the problem of attribution of authorship in order to make it a tool of use in the distance teaching platform of the Ministry of Health (MS), AVASUS, and will be presented the techniques of analysis of text and authors' stylistic characteristics that allow authorship to be determined in significantly better indexes, in which the texts are greater than 140 characters. This proposal targets AVASUS, where students take the courses of the platform, share their interests and thoughts in the form of messages in the forums and do activities that require writing on certain topics in the area of health, these written productions are the focus of the application of attribution of authorship. The techniques studied as a proposal are a two-stage process, where in the first stage, stylometric information is extracted from the collected data set and in the second stage different classification algorithms are trained and lexical analysis techniques are applied to predict the authors of the texts. The effort is to maximize the accuracy of predictions with optimal amount of data and users under consideration.
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LUÃ SILVA CARDOSO
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Desacoplamento P/Q de Sistemas de Geração Distribuída Utilizando o Conceito de Impedância
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Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
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MEMBROS DA BANCA :
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CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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CECÍLIO MARTINS DE SOUSA NETO
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JOSE RENES PINHEIRO
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RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
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THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
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Data: 30/08/2019
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A utilização de sistemas de geração distribuída, que utilizam fontes renováveis de energia elétrica, tem se tornado cada vez mais comum, devido aos problemas ambientais causados pelas fontes não renováveis, ao retorno do investimento cada vez mais rápido e também aos avanços dos sistemas de interconexão. No Brasil, a capacidade energética proveniente da geração distribuída está em constante crescimento. Diante do novo modelo do sistema elétrico de potência, com a participação de sistemas de geração distribuída, a utilização de métodos que regulem o fluxo de potência nas unidades de geração pode contribuir diretamente para a estabilidade do sistema elétrico, especialmente em redes de baixa tensão, pois as mesmas possuem perfil predominantemente resistivo e o fornecimento de potência ativa pode ocasionar sobretensões. Além disso, estratégias de fluxo de potência utilizadas em sistemas de geração convencionais não são adequadas aos sistemas de geração distribuída devido ao acoplamento entre as potencias ativa e reativa. Dessa forma, a realização desse trabalho tem o objetivo de adequar o controle do fluxo de potência, em um sistema fotovoltaico de geração distribuída, controlado no modo tensão, utilizando o conceito de impedância virtual. Para superar o problema do acoplamento entre as potências ativa e reativa, o sistema implementado nesse trabalho utiliza um resistor virtual. Para efeito de análise, o resistor virtual é implementado de duas formas. Na primeira é implementado um resistor virtual positivo para acentuar o perfil resistivo do sistema, realizando o controle P/V e Q/θ. Na segunda é implementado um resistor virtual negativo com o intuito de tornar o perfil da rede predominantemente indutivo e realizar o controle tradicional P/θ e Q/V. A utilização do conceito de impedância virtual é avaliada por meio de resultados de simulação e experimentais.
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The distributed generation systems based on renewable sources has increased due to environmental problems caused by non-renewable sources, fast return on investment and advances in interconnection systems. In Brazil, the distributed generation energy capacity is growing. Before a new electric power system model, distributed generation systems participation, methods to regulate the power flow in generation units can directly contribute to electric system stability, especially in low-voltage grids, which is the predominantly resistive and the active power can cause overvoltages. In addition, power flow strategies used in conventional generation systems cannot be used in low-voltage systems due to active and reactive power coupling. In this work is proposed the power flow control adjust in a distributed generation photovoltaic system controlled in voltage mode based on virtual impedance concept. In order to overcome the active and reactive power coupling problem, the proposed method is implemented by means a virtual resistor. For analysis purposes, the virtual resistor is implemented by two ways. In the first one, a positive virtual resistor is implemented to accentuate the resistive profile of the system, performing the P/V and Q/θ control. In the second one, a negative virtual resistor is implemented in order to make the network profile predominantly inductive, and then perform the traditional P/θ and Q/V control. The virtual impedance concept technique is evaluated through simulation and experimental results.
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MARCOS SÉRGIO RODRIGUES LEAL
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Simulação de Sistemas Elétricos em Tempo Real usando uma Plataforma FPGA para Validação de Proteções Baseadas em Ondas Viajantes
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Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
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MEMBROS DA BANCA :
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FLAVIO BEZERRA COSTA
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MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
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THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
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WASHINGTON LUIZ ARAUJO NEVES
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Data: 06/09/2019
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Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de um simulador digital em tempo real de sistemas de potência utilizando uma plataforma customizada de baixo custo baseada em FPGA (field-programmable gate array) adequada para realizar a validação em tempo real de proteções de linhas de transmissão baseadas em ondas viajantes. A descrição do simulador se desenvolve a partir das etapas de modelagem, implementação e simulação de um sistema de transmissão, que é usado para destacar a capacidade do simulador de representar fenômenos transitórios de alta freqüência em linhas de transmissão. Assim, inicialmente, apresenta-se o equacionamento matemático dos modelos implementados bem como o desenho geral do solver, que é desenvolvido tomando como referência o programa de transitórios eletromagnéticos (EMTP) proposto por Dommel. Em seguida, são apresentadas as características do simulador, como a arquitetura de hardware, software de desenvolvimento, estratégias de comunicação, interface gráfica, módulos de entrada/saída e exportação de dados, bem como os estágios de implementação do sistema de teste. Adicionalmente, neste trabalho propõe-se a implementação de um relé protótipo usando um dispositivo de hardware baseado em DSP (digital signal processing), executando um esquema de proteção baseado na teoria ondas viajantes, além de sua integração em malha fechada com a simulação. Uma interface gráfica (GUI - graphical user interface) é desenvolvida para definir os parâmetros de simulação, incluindo as condições para aplicação de faltas elétricas, e monitorar a dinâmica do sistema de potência utilizado como estudo de caso. Simulações offline obtidas por meio do Matlab/Simulink são usadas para validar os resultados em tempo real.
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In this work is proposed a real-time digital simulator of power systems using a low-cost custom platform based on FPGA (field-programmable gate array) proper to perform real-time validation of traveling-wave-based transmission line protections. The operational view of the simulator is introduced by means the modeling, implementation, and simulation steps of a transmission system, which is used to highlight the simulator capability to represent high-frequency transient phenomenon taking place transmission lines. Hence, at first, the mathematical models of the power system used in the case study are presented as well as the solver design, which is developed based on the electromagnetic transients program (EMTP) proposed by Dommel. Then, the simulator characteristics, such as the hardware architecture, development software, communication strategies, graphical interface, input/output, and data export, are introduced, as well as the implementation stages of the test system. Moreover, it addresses the implementation of a relay prototype using a hardware based on DSP (digital signal processor), running a traveling-wave-based protection scheme, besides its closed-loop integration with the simulation. A GUI (graphical user interface) is developed to set the simulation parameters, including the conditions for applying an electrical fault, and to monitor the dynamic of power system used as a case study. Off-line simulations obtained from Matlab/Simulink are used to validate the real-time results.
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VICTOR HUGO FREITAS DE OLIVEIRA
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Caracterização de speedup de aplicação: modelagem de sobrecarga de paralelização e variações de tamanho de problema e número de núcleos
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Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
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MEMBROS DA BANCA :
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SAMUEL XAVIER DE SOUZA
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CALEBE DE PAULA BIANCHINI
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CARLOS AVELINO DE BARROS
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EDSON BORIN
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Data: 13/09/2019
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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.
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To make efficient use of multi-core processors, it is important to understand the performance behavior of parallel applications. Modeling this behavior can enable the use of online approaches to optimize throughput or energy, or even guarantee the desired Quality of Service (QoS). Accurate models would avoid having to probe different runtime configurations, which causes extra overhead. Throughout the years, many speedup models were proposed. Most of them based on Amdahl’s law or Gustafson’s law. However, many of those make considerations such as a fixed parallel fraction, or a parallel fraction that varies linearly with problem size, and inexistent parallelization overhead. Although such models aid in the theoretical understanding of parallel computing, these considerations do not hold in real environments, which makes the modeling unsuitable for accurate characterization of parallel applications. The model proposed in this dissertation estimates the speedup taking into account the overhead caused by the parallelization and the variation of the parallel fraction according to problem size and number of cores used. Using ten applications from the PARSEC benchmark suite, the proposed model was able to estimate speedups more accurately than other models in recent literature. Tests were made in two servers, each one with a different hardware architecture.
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YURI IOHANSSEN RIBEIRO DAMASCENO
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Estratégia de Controle Aplicado a Sistema de Geração Distribuída com Transição Suave entre os Modos Operação Conectado e Ilhado
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Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
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MEMBROS DA BANCA :
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RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
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CECÍLIO MARTINS DE SOUSA NETO
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RODRIGO PRADO DE MEDEIROS
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Data: 04/10/2019
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Espera-se que a demanda mundial de energia aumente consideravelmente nas próximas décadas, o que tem impulsionado a inserção de unidades de Geração Distribuída baseada em Fontes Renováveis de Energia (GD-FRE) no modelo atual do sistema de potência, organizadas por meio de microrredes. As referidas microrredes baseadas em GD-FRE podem atender a cargas locais em um sistema isolado (operação ilhada) ou conectados à rede elétrica (operação conectada à rede). Idealmente, esses sistemas GD-FRE devem ter a capacidade de fazer uma transição suave entre os modos de operação, de forma que o fornecimento contínuo de energia seja garantido, independentemente do estado da rede elétrica. Neste trabalho é proposta uma estratégia de controle para um sistema GD-FRE de baixa tensão que não utiliza comunicação entre as unidades de GD, capaz de operar nos modos ilhado e conectado à rede com transição suave entre os modos conectado e ilhado. No trabalho desenvolvido, não é utilizado sistemas de armazenamento de energia, uma vez que o balanço de energia no modo ilhado é alcançado por meio da alteração do ponto de operação da fonte renovável de energia. A estratégia de controle proposta é dividida em três partes: (a) o controle do conversor conectado ao ponto de acoplamento comum (PAC) (controle de corrente, tensão e potência), (b) unidade de gestão do modo de operação (constituída pelos controles da tensão barramento CC do sistemas GD, controle de tensão e de frequência angular do PAC) e (c) o subsistema de sincronismo e detecção de ilhamento. A estratégia de controle é validada através da simulação de um sistema trifásico de GD-FRE. Com a utilização da estratégia o sistema apresenta uma transição suave entre os modos, com baixa perturbação na tensão do PAC, e um processo de sincronização rápido do modo ilhado para o conectado à rede. Além disso, também apresenta um tempo de resposta rápido do controle da tensão do barramento CC que é capaz de manter o transitório pequeno, mesmo quando ocorrem elevados desequilíbrios de potência durante a transição dos modos.
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The world energy demand is expected to rise in the coming decades. Renewable Energy Source Distributed Generation (RES-DG) is being used to meet this increased demand. RES-DG systems can serve local loads on an isolated system (islanded operation) or connected to the power grid (grid-connected operation). Ideally, RES-DG systems should have the ability to transition smoothly between modes so that a continuous supply of power is achieved regardless of the grid state. This work proposes a communication-less control strategy for a low-voltage RES-DG system capable of operating in islanded as well in grid-connected mode and of achieving a smooth transfer between modes. An energy storage system is not required for operation in islanded mode since the energy balance is maintained by acting in the power generated by the RES. The proposed control strategy is divided in three parts: (a) the VSI control, which constitutes the inner control loops of the Voltage Source Inverter (VSI) (current, voltage and power control loops), (b) mode-related control loops (DC link, voltage at the PCC and DG system angular frequency control loops) and (c) the synchronization and islanding detection methods. The control strategy is validated through simulation of a three-phase RES-DG system. The proposed strategy presents a smooth transition between modes, with little to no perturbation on the PCC voltage, and a fast synchronization process from islanded to grid-connected mode. In addition, it also presents a fast DC link voltage control response time that is capable of maintaining the transitory small, even for large power imbalances during mode transition.
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DEYVID LUCAS LEITE
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Caracterização de canal utilizando Veículo Aéreo Não Tripulado
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Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
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MEMBROS DA BANCA :
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MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
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PABLO JAVIER ALSINA
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VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
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ÁLVARO AUGUSTO MACHADO DE MEDEIROS
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Data: 31/10/2019
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A utilização de Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) para prover serviços como internet, entregas de mercadorias e táxi aéreo vem se tornando realidade nos últimos anos. A utilização dessas aeronaves exige uma comunicação segura entre a estação de controle e o VANT, tarefa facilitada ao se conhecer as características do canal de comunicação. Este trabalho se destina a apresentar um setup de medição utilizando uma aeronave não tripulada, e usar os dados medidos para a caracterização do canal de RF. As medições foram realizadas com um VANT Dji Phantom 3 standard equipado com um módulo XBee PRO 900HP para a comunicação entre o VANT e a estação de controle em terra. Os dados coletados foram analisados de modo a caracterizar o desvanecimento de larga escala (perda de percurso e sombreamento) e o desvanecimento de pequena escala (multipercurso e Doppler) em cenários de Caatinga, voo sobre um lago e uma região mista com os dois ambientes anteriores. O trabalho a seguir apresenta os dados coletados nas campanhas de medição, o processamento realizado pelos scripts desenvolvidas e os resultados da caracterização do Canal RF.
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Mostrar Abstract
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The use of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) to provide services such as internet, goods delivery and air taxi has become a reality in recent years. The use of these aircraft requires secure communication between the control station and the UAV, a task made easier by knowing the characteristics of the communication channel. This work is intended to present a measurement setup using an unmanned aircraft, and to use the measured data for RF channel characterization. Control ground. The collected data were analyzed in order to characterize the large scale fading (path loss and shading) and the small scale fading (multipath and Doppler) in Caatinga scenarios, flight over a lake and a region mixed with the two previous environments. The following work presents the data collected in the measurement campaigns, the processing performed by the developed scripts and the results of the RF Channel characterization.
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MYCHAEL JALES DUARTE
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ANÁLISE E DESIGN DE ESTRUTURAS 2,5D DE SUPERFÍCIES SELETIVAS DE FREQUÊNCIA PARA APLICAÇÕES EM SISTEMAS MODERNOS DE COMUNICAÇÕES SEM FIO
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Orientador : VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
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CRISTHIANNE DE FATIMA LINHARES DE VASCONCELOS
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FRANCISCO DE ASSIS BRITO FILHO
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VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
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Data: 12/12/2019
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Este trabalho apresenta um estudo sobre Superfícies Seletivas de Frequência (FSS) 2,5D, para aplicações em sistemas modernos de comunicações sem fio. Inicialmente são analisadas estruturas simples e 2,5D, do tipo patch. As FSS simples são formadas por elementos em espira quadrada e em espira baseada no fractal Minkowski. O uso da curva fractal ocasionou uma miniaturização do circuito, aparecimento de uma nova banda de transmissão e diminuição da largura de banda, na faixa de frequência analisada. As FSS 2,5D são formadas a partir das estruturas simples que, para a formação dos seus elementos, as espiras foram seccionadas em partes, onde foram impressas na face superior e inferior do dielétrico e interligadas com fios condutores de cobre cilíndricos de 0,5 mm de diâmetro. As superfícies 2,5D proporcionaram miniaturização do circuito em comparação com a fractal, sem aparecimento de novas bandas de transmissão e sem diminuir a largura de banda relativa. Com a comprovação da eficiência dessa técnica de miniaturização, foram propostas duas estruturas ultraminiaturizadas para sistemas de Wi-Fi Halow (na banda de 900 MHz) e Wi-Fi 6 (dual-band 2,45 GHz e 5,00 GHz), as duas com dimensões iguais a 10 mm x 10 mm de célula unitária. Todas as FSS se mostraram estáveis com relação ao ângulo de incidência da onda plana sobre a superfície do circuito. Os resultados numéricos simulados para os protótipos projetados foram obtidos pelo software ANSYS HFSS. Os protótipos foram construídos e foi realizada a caracterização experimental dos coeficientes de transmissão, largura de banda e frequência de ressonância, valores obtidos foram comparados e discutidos com os resultados das simulações, os quais apresentaram boa concordância.
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This work presents a study on Selective Frequency Surfaces (FSS) 2,5 D and 3D, for applications in modern wireless systems. Initially, 2.5D, patch-like structures are analyzed. The simple FSS are formed by elements in square and spiral turns based on the Minkowski fractal. The use of the fractal curve resulted in a miniaturization of the circuit, the appearance of a new transmission band and a decrease in bandwidth. The 2,5D FSS are formed from the simple structures that, for the formation of their elements, the coils were sectioned in eight parts, where four were printed on the upper face of the dielectric, four on the underside of the dielectric and were connected with cylindrical jumpers of 0.5 mm in diameter. The 2.5D surfaces provided miniaturization of the circuit without the appearance of new transmission bands and without decreasing the relative bandwidth. All HSS were stable with respect to the angle of incidence of the plane wave on the surface of the circuit. The simulated numerical results for the projected prototypes were obtained by Ansoft HFSS software. The prototypes were constructed and the experimental measurements of the transmission coefficients were performed, the values obtained were compared and discussed with the results of the simulations, which showed good agreement.
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CARLOS YURI FERREIRA SILVA
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Implementação de um estimador neural de velocidade em um motor de indução trifásica
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Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
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MEMBROS DA BANCA :
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ALBERTO SOTO LOCK
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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JOSE ALVARO DE PAIVA
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Data: 16/12/2019
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O motor de indução trifásico é o tipo de máquina mais usado para acionamentos elétricos. Motivos como baixo custo, simplicidade de construção e robustez explicam tal afirmação. Nos tempos atuais, este motor se destaca também pela sua aplicabilidade na área automotiva, com a ascensão de veículos elétricos que, além de serem uma alternativa mais econômica quanto ao consumo de combustíveis em relação aos veículos comuns, são também uma solução para a diminuição da emissão de gases poluentes ao meio ambiente. Partindo deste cenário, este trabalho tem o objetivo de realizar o controle de velocidade de um motor de indução sem a utilização de um sensor mecânico acoplado ao rotor, evitando que algumas inconveniências como manutenções periódicas e aumento de complexidade e número de equipamentos façam sempre parte do funcionamento do motor. Para o controle do motor de indução foi aplicada a estratégia de controle conhecida como Field Oriented Control e para a estimativa da velocidade do rotor do motor foi usada uma rede neural artificial, a qual observa variáveis elétricas e mecânicas do sistema. Os resultados práticos obtidos foram satisfatórios, uma vez que a rede neural funcionou tanto como observador quanto como estimador de velocidade e foi possível realizar o controle do motor com a velocidade estimada na faixa de 100 a 170 rad/s.
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The three phase induction motor is the most used type of machine for electric drives. Low cost, construction simplicity and reliability are the motives that explains this statement. Nowadays, this motor is also highlighting for it's applicability in the automotive area, with the electric vehicle ascension which, besides being a economic alternative to fuel consumption compared to ordinary vehicle, are also a solution for the emission of polluting gases to the environment. From this scenario, the objective of this work is to perform the speed control of an induction motor without the use of a mechanical sensor attached to the rotor, avoiding some inconveniences such as a periodic maintenance and increased complexity and number of equipment are always part of the engine running. For the induction motor control was applied the control strategy known as Field Oriented Control and for the estimation of the motor rotor speed was used an artificial neural network, which observer electrical and mechanical system variables. The practical results were satisfatory, since the neural network worked as both observer and speed estimation and it was possible to perform the control os the motor with the estimated speed in the range of 100 to 170 rad/s.
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JOÃO ALEXANDRE DA SILVA NETO
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Utilização de Ressoadores Metamateriais na Melhoria de Desempenho de Filtros Planares
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Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
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MEMBROS DA BANCA :
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ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
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IRADILSON FERREIRA DA COSTA
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MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
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Data: 26/12/2019
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Este trabalho propõe a inserção de ressonadores de anéis fendidos complementares (CSRR - Complementary Split-ring Resonators), no plano de terra de filtros planares. A intenção é melhorar alguns parâmetros de filtros encontrados na literatura, que possuam aplicação prática, considerando a crescente demanda por maior desempenho, menor tamanho, menor peso e custo dos dispositivos que integram os sistemas de comunicação. Os filtros escolhidos foram, um filtro passa-faixa que utiliza geometria matrioska para aplicações na faixa ISM (Industrial Scientific and Medical) de 2,45 GHz. O outro filtro foi um filtro passa-baixa para aplicações em Tv digital. A ideia é inserir o CSRR no plano de terra das estruturas, para aumentar a atenuação livre do filtro rejeita-faixa matrioska e para redução das dimensões do filtro passa-baixa. No trabalho são apresentados os resultados numéricos e experimentais, para efeito de validação da técnica proposta. Um boa concordância entre os resultados é observada, esses resultados mostram que as propostas apresentadas foram alcançadas.
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This work proposes the insertion of Complementary Split-ring Resonators (CSRR) in the planar filter ground. The intention is to improve some filter parameters found in the literature that have practical application, considering the growing demand for higher performance, smaller size, lower weight and cost of the devices that integrate the communication systems. The filters chosen were a bandpass filter that uses matrioska geometry for applications in the 2.45 GHz Industrial Scientific and Medical (ISM) band. The other filter was a low pass filter for digital TV applications. The idea is to insert the CSRR into the structure ground plane to increase the free attenuation of the matrioska band-reject filter and to reduce the size of the low-pass filter. In the work the numerical and experimental results are presented, for the purpose of validation of the proposed technique. A good agreement between the results is observed, these results show that the proposals presented were achieved.
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PATRIC LACOUTH DA SILVA
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Pesquisa e Desenvolvimento de uma Nova Técnica de Síntese de Circuitos Planares Ativos de Microondas
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Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
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ALFREDO GOMES NETO
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HERTZ WILTON DE CASTRO LINS
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JOSE ALFREDO FERREIRA COSTA
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LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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Data: 14/03/2019
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O trabalho desenvolvido nesta Tese tem como objetivo principal contribuir para o desenvolvimento de estruturas reconfiguráveis através da aplicação de técnicas de otimização inspiradas no comportamento de enxames de abelhas. As principais estruturas estudadas são antenas planares de micro-ondas e superfícies seletivas de frequência ambas para a utilização em sistemas que exigem a capacidade de reconfiguração em frequência. São apresentadas novas estruturas obtidas com os algoritmos clássicos e com o algoritmo modificado desenvolvido no decorre da tese. Resultados simulados e medidos são obtidos certificando a precisão dos projetos desenvolvidos.
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The work developed in this thesis has as main objective to contribute to the development of reconfigurable structures through the application of optimization techniques inspired by bee swarm behavior. The main structures studied are planar microwave antennas and frequency selective surfaces both for use in systems requiring frequency reconfiguration capability. We present new structures obtained with the classical algorithms and with the modified algorithm developed during the thesis. Simulated and measured results are obtained certifying the accuracy of the projects developed.
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DÊNIS KEUTON ALVES
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Estimação em tempo real de potência e impedância da rede elétrica usando a transformada wavelet packet estacionária
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Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
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MEMBROS DA BANCA :
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ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
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EDSON HIROKAZU WATANABE
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FLAVIO BEZERRA COSTA
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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PAULO FERNANDO RIBEIRO
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RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
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Data: 23/04/2019
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A estimação de indicadores de qualidade da energia elétrica tem como principal objetivo fornecer aos sistemas de monitoramento (medição, controle, proteção, etc.) informações sobre níveis adequados de tensão e qualidade da energia elétrica. Além das estratégias de monitoramento de qualidade da energia, o conhecimento da impedância da rede elétrica tem importância fundamental para o entendimento dos possíveis desvios dos índices da qualidade da rede elétrica, prover informações relevantes para o controle e a estabilidade do sistema elétrico. Nesse contexto, propõe-se nesta tese a aplicação da transforma wavelet packet discreta redundante (TWPDR), para estimar, em tempo real, valores eficazes de tensões e correntes, potências básicas (potência ativa, potência total aparente, potência não-ativa e fator de potência) e de distorção. Adicionalmente, as ferramentas de análise de sinais desenvolvidas neste trabalho possibilitou a proposição de um método para estimação de impedância da rede elétrica. A TWPDR fornece uma banda de frequência uniforme e possui a propriedade de invariância no tempo, o qual é ideal para estimação de índices de qualidade da energia e a impedância da rede em tempo real. O método de estimação de índices de qualidade da energia foi avaliado e comparado com o padrão IEEE 1459-2010 aplicado a diferentes cenários de operação, em que formas de onda sintéticas e distúrbios de qualidade da energia elétrica em regime estacionário e não-estacionário foram emulados em uma plataforma experimental. No que se refere a estimação da impedância da rede elétrica, o presente estudo foi desenvolvido com o objetivo de identificar a impedância de redes elétricas de baixa tensão interconectadas com sistemas de geração distribuída. O objetivo principal é o de fornecer insumos para delimitar os limites de estabilidade do sistema em função do nível de penetração, bem como identificar possíveis condições de ilhamento. A validação do método proposto foi realizada em uma microrrede, cuja geração distribuída é implementada por uma planta fotovoltaica de 8 kWp conectada ao ponto de acoplamento comum de um alimentador trifásico implementado por um trafo de potência nominal de 15 kVA.
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The estimate of power quality indices has as primary goal provides to the monitoring systems (measurement, control, protection, etc.) information about proper levels of voltage and power quality. Besides power quality monitoring strategies, the knowledge of the grid impedance is fundamental importance to the understanding of the deviation of the electric power quality indices, providing relevant information to control and stability of the power system. In this context, in this thesis, it proposes the application of the stationary discrete wavelet packet transform (SDWPT) to estimate effective voltages and currents, as well as primary power quantities (active, total apparent, nonactive power, and power factor), and distortion power. Additionally, the analysis tools of signal processing developed in this work allowed the development of a method for estimating the grid impedance. The SDWPT provides a uniform frequency band and possesses the timeinvariance property, which is ideal for power estimation and grid impedance estimation in the real-time. The method of estimation of power quality indices was assessed and compared to the IEEE Standard 1459-2010 under different operational scenarios, where stationary synthetic waveforms and with both stationary and nonstationary power quality disturbances were emulating in an experimental setup. Regarding the grid impedance estimation, the current study was developing to identify the impedance of low voltage electric grids interconnected with distributed power generation systems. The primary goal is providing parameters to delimit the threshold of system instability in terms of the penetration level and identify islanding conditions. The validation of the proposed method was accomplished in a microgrid whose distributed generation is implemented through the photovoltaic plant of 8 kWp connected to the point of common coupling of a three-phase feeder composed by a transformer of 15 kVA.
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DIEGO HABIB SANTOS NOLASCO
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Arquitetura Fuzzy Hierárquica com Defuzzificação Adicional de Camadas e Aplicações ao Diagnóstico de Qualidade da Energia Elétrica
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Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
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MEMBROS DA BANCA :
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BENJAMIN RENE CALLEJAS BEDREGAL
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DANTON DIEGO FERREIRA
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DENIS VINICIUS COURY
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EDUARDO SILVA PALMEIRA
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FLAVIO BEZERRA COSTA
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LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
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RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
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Data: 30/04/2019
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Dos diversos métodos de tomada de decisão existentes, os métodos fuzzy hierárquicos vêm se destacando como ferramentas adequadas para tratar de aplicações complexas, com alto grau de subjetividade. Neste contexto, insere-se o produto energia elétrica. Em geral, o diagnóstico de qualidade da energia é uma prática difícil devido as subjetividades inerentes ao processo de análise, as nuances dos diferentes padrões existentes em todo o mundo, e características de incerteza dos parâmetros de avaliação. Nesta tese, propõe-se uma nova metodologia de diagnóstico de qualidade da energia baseada na teoria hierárquica fuzzy tipo cascata. O método proposto analisa parâmetros de qualidade em regime permanente a partir de vários padrões existentes no mundo, e fornece um diagnóstico linguístico/quantitativo, no qual, as contribuições dos índices analisados são ponderadas sobre a qualidade da energia do sistema avaliado. O método de diagnóstico foi implementado primeiramente a partir de duas arquiteturas hierárquicas difusas existentes na literatura (convencional e livre de defuzzificação), e posteriormente, por uma nova arquitetura (com defuzzificação adicional de camadas). A arquitetura proposta foi desenvolvida para agregar as principais vantagens das arquiteturas convencional e livre de defuzzificação no intuito de tornar o método de diagnostico mais completo e robusto. Este estudo propõe que a saída de cada subsistema obtida a partir de um processo primário de tomada de decisão seja transferida diretamente entre as camadas hierárquicas, sem perda de informação linguística, para obtenção de um diagnóstico resultante de qualidade da energia. Ademais, um processo secundário de tomada de decisão é realizado em conjunto com um método de defuzzificação adicional no intuito de obter um diagnóstico específico complementar na saída de cada subsistema da hierarquia. O método de diagnóstico desenvolvido a partir da arquitetura proposta, apresentou resultados satisfatórios em comparação as duas arquiteturas existentes. Após validação do método de diagnóstico e da arquitetura hierárquica difusa, apresentados nesta tese, como resultado final da presente pesquisa, é proposto um sistema wavelet-fuzzy adaptativo com método de inferência genérica baseado em funções de sobreposição estendidas, como uma nova ferramenta capaz de monitorar a qualidade da energia em sistemas elétricos com inserção de energias renováveis.
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Among various existing decision-making methods, hierarchical fuzzy methods have emerged as a suitable tool for dealing with complex applications which have many input variables and a high degree of subjectivity. In this context, the product of electric energy stands out. In general, the diagnosis of energy quality is a difficult practice due to the subjectivities inherent to the analysis process, nuances among different standards existing in the world, and uncertainties of evaluation parameters. This thesis proposes a new methodology for the power quality diagnosis based on the hierarchical fuzzy theory with a cascade-type architecture. The proposed method analyzes the quality parameters in steady-state electrical systems based on different existing standards in the world and performs a linguistic/quantitative diagnosis in which the contributions of the analyzed indices are weighted on the power quality of the evaluated system. Firstly, the diagnosis method was implemented from two hierarchical fuzzy architectures known (conventional and defuzzification free). Posteriorly, a new proposed architecture with additional defuzzification of layers was developed to aggregate the main advantages of conventional and defuzzification free in order to make the diagnosis method more complete and robust. This study proposes that the output of each subsystem obtained from primary decision-making process is transferred directly between the hierarchical layers, without loss of linguistic information, to obtain a resultant power quality diagnosis. In addition, a secondary decision-making process is performed together with an additional defuzzification method in order to obtain a complementary specific diagnosis at the out of each hierarchical subsystem. The diagnosis method based on the proposed fuzzy architecture presented satisfactory results when compared with the two existing architectures. After validation of the diagnosis method and hierarchical fuzzy architecture, both presented in this thesis, at the end of research, an adaptive wavelet-fuzzy system with generic inference method based on extended overlap functions is proposed as a new tool able of monitoring the power quality in renewable energy systems.
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DANILO DE SANTANA PENA
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Localização baseada em Sinais Acústicos sujeitos a Ruído Impulsivo
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Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
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MEMBROS DA BANCA :
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ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
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WALTER DA CRUZ FREITAS JÚNIOR
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ÁLVARO AUGUSTO MACHADO DE MEDEIROS
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Data: 14/05/2019
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O canal acústico tem recebido muita atenção nos últimos anos devido a diversas aplicações e tecnologias emergentes. Como resultado, pesquisadores têm considerado canais acústicos realísticos para o estudo dos métodos de localização de fonte. Assim, este trabalho apresenta um método de diferença de tempo de chegada (Time Difference of Arrival - TDOA) para canais acústicos impulsivos baseado em transformação não-linear de dados. Os métodos TDOA são avaliados em diferentes cenários utilizando dados sintéticos e reais. Além disso, os modelos de ruído impulsivo não-Gaussiano são analisados em diferentes ambientes com medições por meio de um setup experimental.
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The acoustic channel has received much attention in recent years due to many applications and some emerging technologies. As a result, researchers have considered realistic acoustical channels for studying of the source localization methods. Therefore, this work presents an approach of time difference of arrival (TDOA) for the impulsive acoustic channels based on non-linear data transform. The TDOA methods are evaluated in different scenarios using synthetic and real data. Moreover, the non-Gaussian impulsive noise models are analyzed in the various environment with measurement using an experimental setup.
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PAULO CÉSAR LINHARES DA SILVA
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Aplicação das Wavelets de Daubechies em Conjunto com Método da Propagação Vetorial de Feixes na Análise de Estruturas Fotônicas
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Orientador : JOSE PATROCINIO DA SILVA
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MEMBROS DA BANCA :
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JOSE PATROCINIO DA SILVA
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ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
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VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
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ANTONIO RONALDO GOMES GARCIA
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IDALMIR DE SOUZA QUEIROZ JÚNIOR
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Data: 24/05/2019
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Wavelets são ferramentas matemáticas que permitem a decomposição, descrição ou representação de uma determinada função. Dentre os vários tipos de wavelets, a de Daubechies tem a propriedade bastante peculiar de possuir o suporte compacto, que permite descrever o comportamento de funções com descontinuidades ou variações bruscas de valores no domínio da frequência e/ou do tempo. Também é possível a obtenção de seus coeficientes, integrais e derivadas por meio de procedimentos numéricos. Nesse contexto, a propagação de sinais em dispositivos que propagam ondas eletromagnéticas, pode ser numericamente analisada com o auxílio desses tipos de wavelets. Neste trabalho, utilizamos as wavelets de Daubechies como funções de base para aplicação conjunta com o Método da Propagação Vetorial de feixes (VBPM). Nesse caso, essas funções são obtidas por meio da mudança na translação e resolução das wavelets e pelo uso da função geradora de momentos, obtida como parte desse estudo. A partir da base wavelet obtida, foi desenvolvido um algoritmo para cálculo das matrizes elementares, específicas do VBPM, que se baseia no método dos elementos finito (FEM). Como teste de convergência do VBPM com o novo conjunto de funções de bases obtidas neste trabalho, foi analisada a propagação de onda em um guia eletromagneticamente acoplado e a transferência de energia entre uma fibra óptica convencional (COF) e uma fibra óptica de quase cristal fotônico (FQCF).
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Wavelets are mathematical tools that allow the decomposition, description or representation of a given function. Among the various types of wavelets, Daubechies has a peculiar property of having the compact support, which allows describing the behavior of functions with discontinuities or abrupt variations of values in frequency and/or time domain. It is possible to obtain its coefficients, integrals, and derivatives by means of numerical procedures. In this context, the propagation of signals in devices that propagate electromagnetic waves can be numerically analyzed with the aid of these types of wavelets. In this work, we use the Daubechies wavelets as base functions for joint application with the Beam Vector Propagation Method (VBPM). In this case, these functions are obtained by means of the change in the translation and resolution of the wavelets and by the use of the moment generating function, obtained as part of this study. From the obtained wavelet base, an algorithm was developed to calculate elementary matrices, specific to the VBPM, which is based on the finite element (FEM) method. As a convergence test of the VBPM with the new set of base functions obtained in this work, we analyzed the wave propagation in an electromagnetically coupled guide and the transfer of energy between a conventional optical fiber (COF) and a near-photonic crystal optical fiber (FQCF).
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KENNEDY REURISON LOPES
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Sistema Especialista para Ambiente Industrial Baseado em Regras com Auto-Aprendizagem
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Orientador : ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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GILBERT AZEVEDO DA SILVA
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OSCAR GABRIEL FILHO
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Data: 24/05/2019
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Este trabalho apresenta uma metodologia de como adquirir e representar o conhecimento através de regras lógicas automática para uma planta industrial simulada. O conhecimento inicial sobre um processo industrial pode ser adquirido através de um especialista que interpreta situações presentes na planta e pode descrever o que está ocorrendo. No trabalho é apresentado uma maneira de adquirir conhecimentos estatísticos da planta durante a própria execução de seus processos, utilizando para isso um método de clusterização online conhecido como TEDA-Cloud sendo modificado para melhora de performance. A representação do conhecimento é descrito através da manipulação de uma rede neural conhecida como CILP e uma simbologia própria é descrita para representar as variáveis lógicas retiradas dos sinais dos processos. Os resultados mostram uma eficiência em interpretar as regras e aceleração no processo de clusterizaçao e classificações dos padrões que definem as regras.
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This work presents a methodology of how to acquire and represent knowledge through automatic logic rules for a simulated industrial plant. The initial knowledge about an industrial process can be acquired through a specialist who interprets situations present in the plant and can describe what is occurring. In the work, a way of acquiring statistical knowledge of the plant during the execution of its processes is presented, using a method of online clustering known as TEDA-Cloud being modified to improve performance. The representation of knowledge is described through the manipulation of a neural network known as CILP and its own symbology is described to represent the logical variables drawn from the process signals. The results show an efficiency in interpreting the rules and acceleration in the process of clustering and classifications of the standards that define the rules.
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ANDRÉ NASCIMENTO DA SILVA
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Novas Técnicas de Otimização de Casamento de Impedância de Antenas Planares para Sistemas de Comunicação Sem Fio
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Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
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EVANDRO CONFORTI
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FRED SIZENANDO ROSSITER PINHEIRO
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JOABSON NOGUEIRA DE CARVALHO
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LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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Data: 27/05/2019
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O trabalho descrito nesta Tese consiste no desenvolvimento de novas técnicas de otimização de casamento de impedância de antenas planares para sistemas de comunicação sem fio. As técnicas propostas se baseiam na inserção de fendas na linha de alimentação da antena ou abaixo dela, no plano de terra, permitindo manter inalterada a geometria do patch da antena de microfita. O estudo realizado através de análise paramétrica, permitiu o desenvolvimento de três novas técnicas de casamento de impedâncias. Na primeira, a inserção da fenda é realizada na fita condutora da linha de microfita, sendo posicionada simetricamente. Na segunda, a fenda é introduzida no plano de terra, ou seja, é inserida abaixo e paralelamente à fita condutora da linha de microfita. Na terceira, a fenda também é posicionada no plano de terra, porém é alinhada paralelamente à borda inferior do patch condutor, ou seja, perpendicularmente à fita condutora da linha de microfita. Foram investigados os efeitos do casamento de impedâncias de entrada de antenas de microfita com patch retangulares, impressas sobre substratos de fibra de vidro (FR-4) e alimentadas por linhas de microfita, projetadas para operação nas frequências de 1,8 GHz, 2,45 GHz e 3,5 GHz. A simulação e a análise paramétrica dessas antenas foram realizadas através dos softwares Ansoft Designer e HFSS, que implementam o método dos momentos (method of moments - MoM) e o método dos elementos finitos (finite element method - FEM), respectivamente. Adicionalmente, o método das ondas (wave concept iterative procedure - WCIP) também foi empregado na análise, possibilitando uma melhor comparação entre os resultados simulados obtidos. Para fins de validação dos resultados simulados, foram fabricados e medidos vários protótipos. A boa concordância observada entre os resultados simulados e medidos, confirma a eficiência e a acurácia das novas técnicas de casamento de impedâncias. As técnicas propostas são de fácil implementação e permitem obter reduções consideráveis no valor do coeficiente de reflexão, |S11| (dB), indicando que a eficiência da antena foi significativamente aumentada. No primeiro caso, para a fenda inserida na fita condutora da microfita, o valor de |S11| (dB) foi reduzido de -8,81 dB para -28,09 dB, na análise para 2,45 GHz. No segundo caso, para a fenda inserida no plano terra, abaixo e paralelamente à fita condutora da microfita, o valor de |S11| (dB) foi reduzido de -7,62 dB para -37,17 dB, na análise para 2,45 GHz. No terceiro caso, para a fenda inserida no plano terra, alinhada paralelamente à borda inferior do patch, o valor de |S11| (dB) foi reduzido de -10,11 dB para -34,1 dB, na análise para 1,8 GHz. O uso de fendas, nas formas propostas, permitiu uma boa adaptação, em relação ao casamento de impedâncias, entre as antenas e as linhas de alimentação correspondentes, dispensando o uso de linhas de microfita de alta impedância e evitando transições abruptas na largura de linhas de microfita, alterações na forma do patch da antena, ou o aumento do tamanho final da antena. As técnicas propostas apresentam um excelente potencial para aplicações no desenvolvimento de outros circuitos integrados de micro-ondas, como filtros, divisores de potência e acopladores direcionais, em tecnologia planar.
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Mostrar Abstract
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The work presented in this dissertation consists in the development of new techniques for the impedance matching optimization of printed antennas for wireless communication systems. The techniques proposed are based on the insertion of slots in the antenna feeding line or below it (in the ground plane), enabling to keep unchanged the patch geometry of the investigated microstrip antenna. The study was performed using a parametric analysis and enabled the development of three new impedance matching techniques. In the first, the insertion of the slot is carried out in the conducting strip of the microstrip line, being symmetrically placed. In the second, the slot is introduced into the ground plane but it is inserted below and parallelly to the conducting strip of the microstrip line. In the third, the slot is also positioned in the ground plane, but is aligned parallel to the lower edge of the conducting patch, i.e. perpendicularly to the conducting strip of the microstrip line. The effect of the input impedance matching on the performance of rectangular patch microstrip antennas printed on glass fiber substrates (FR-4) was investigated. The antennas were fed by microstrip lines and designed for operation at 1.8 GHz, 2.45 GHz, and 3.5 GHz. Simulation and parametric analyses were performed using Ansoft Designer and HFSS softwares, that implement the method of moments (MoM) and the finite element method (FEM), respectively. In addition, the wave concept iterative procedure (WCIP) was also used in the analysis, enabling a better comparison between the obtained simulated results. For validation purpose, several prototypes were fabricated and measured. The good agreement observed between simulated and measured results confirms the efficiency and accuracy of the new impedance matching techniques. The proposed techniques are easy to implement and allow considerable reductions in the reflection coefficient value, | S11 | (dB), indicating that the antenna efficiency was significantly increased. In the first case, for the slot inserted in the conducting strip of the microstrip, the value of | S11 | (dB) was reduced from -8.81 dB to -28.09 dB in the analysis for 2.45 GHz. In the second case, for the slot inserted in the ground plane, below and parallel to the conducting strip of the microstrip, the value of | S11 | (dB) was reduced from -7.62 dB to -37.17 dB in the analysis for 2.45 GHz. In the third case, for the slot inserted in the ground plane, parallel to the lower edge of the conducting patch, the value of | S11 | (dB) was reduced from -10.11 dB to -34.1 dB in the analysis for 1.8 GHz. The use of slots, as proposed in this work, enabled a good impedance matching between the antenna and the microstrip feeding line, avoiding the use of high impedance microstrip lines, abrupt transitions in the width of microstrip lines, changes in the shape of the antenna conducting patch, or increasing the antenna size. The proposed optimization techniques present an excellent potential for applications in the development of other microwave integrated circuits, such as filters, power dividers, and directional couplers, in planar technology.
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JAN' ERIK MONT' GOMERY PINTO
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Implementação em PLC do Controlador PI afim por partes aplicado a Sistemas Industriais com Restrições
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Orientador : ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
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ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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FABIO SOARES DE LIMA
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OSCAR GABRIEL FILHO
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Data: 31/05/2019
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Nesta tese é proposto o projeto de um algoritmo do controlador Proporcional-Integral (PI) afim por partes, denominado neste trabalho de Piecewise Affine PI (PWA-PI), baseado em conjuntos invariantes e programação multiparamétrica para sistemas com restrições. Esse algoritmo foi implementado em um controlador lógico programável (CLP), com a finalidade de controlar uma planta industrial de nível e analisar seu comportamento. Foi utilizado a programação em texto estrutura (ST) do CLP, para validar os algoritmos, controlando dois sistemas distintos. Os resultados mostraram que as restrições sobre o Erro, Integral do Erro e sinal de controle foram respeitadas, uma vez que os controladores PWA-PI foram sintonizados previamente através da solução de um problema de otimização. Indicadores de desempenhos de malhas de controle, tais como erro médio quadrático, Goodhart, Overshoot e tempo de acomodação, mostraram que o PWA-PI pode ser sintonizado para um desempenho melhor do que o controlador Proporcional-Integral (PI) sintonizado pelo método de Ziegler-Nichols (Z–N). Em um dos casos analisados nesta tese, obteve-se um tempo de acomodação de 98 segundos, enquanto o controlador PI pelo método de Z-N apresentou um tempo de acomodação de 179 segundos. Todos os indicadores de desempenho utilizados para avaliar ambos os controladores, mostraram que o controlador PWA-PI obteve um melhor desempenho para sistemas com restrições.
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In this work the design of a piecewise affine proportional integral (PWA-PI) controller algorithm based on invariant set and multiparametric programming for constrained systems is proposed. We implemented the algorithm in a programmable logic controller (PLC) to control an industrial constrained level plant and analyze its behavior. Structured text routines were programmed and validated while controlling two systems with PLC. The results show that the constraints on the error, integral of the error, system output and control action are respected because PWA-PI controllers are tuned from the solution of an optimization problem. The evaluated performance indexes (such as mean square error, Goodhart, overshoot and settling time) show that PWA-PI can be adjusted for better performance than proportional integral (PI) controller tuned by Ziegler–Nichols (Z–N) rules. In the analyzed cases, a settling time of 108 s was obtained, whereas PI controller with Z–N rules presented a 179 s settling time. All of the analyzed performance indexes that we used to evaluate both controllers show PWA-PI as a better controller for constrained systems.
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MARCELO DAVID SILVA DE MESQUITA
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SÍNTESE DE UMA NOVA TINTA CONDUTIVA PARA CIRCUITOS DE MICRO-ONDAS IMPRESSOS SOBRE SUBSTRATOS DE VIDRO E DE FIBRA DE VIDRO
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Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
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JEFFERSON COSTA E SILVA
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JOAO BOSCO LUCENA DE OLIVEIRA
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LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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MARIA THEREZA MIRANDA ROCCO GIRALDI
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Data: 31/05/2019
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Esta tese descreve o trabalho realizado para a síntese de uma nova tinta condutiva, com concentração elevada de partículas de prata, e a investigação efetuada sobre a possibilidade de sua utilização na fabricação de circuitos integrados para sistemas de comunicação sem fio. A utilização da nova tinta condutiva é proposta como alternativa ao emprego de técnicas convencionais de fabricação de circuitos integrados de micro-ondas. A importância da utilização da tinta condutiva está associada à facilidade, eficiência, versatilidade e redução de custos de fabricação dos circuitos integrados, por utilizar pequenos pincéis para a aplicação sobre materiais dielétricos diversos. A tinta condutiva obtida a partir da síntese da nitrocelulose, que, em solução de acetato de etila, atua como agente aglutinador do pigmento (prata metálica em pó) para a formação de um filme condutor, sendo uma das contribuições deste trabalho. A investigação sobre a utilização da tinta condutiva foi realizada no desenvolvimento de antenas de microfita, superfícies seletivas de frequência (FSS) bioinspiradas, bloqueadores de corrente contínua (bloqueadores DC) e acopladores direcionais. Os dois últimos circuitos foram projetados em estruturas de linhas de microfita paralelas acopladas. A simulação e o projeto desses circuitos foram efetuados através dos softwares Ansoft Designer e Ansoft HFSS. Nas análises, foram considerados substratos de vidro e de fibra de vidro, lâminas condutoras muito finas de cobre e de prata e superfícies pintadas com tinta de prata. Foram investigados os comportamentos em frequência dos parâmetros de espalhamento desses circuitos, permitindo avaliar aspectos relacionados com a transmissão, a reflexão, o acoplamento, a radiação e a filtragem de ondas eletromagnéticas. Para fins de validação dos resultados das simulações e de comparação entre resultados experimentais, foram fabricados e medidos protótipos de antenas de microfita sobre substratos de fibra de vidro, com laminado de cobre e com superfície pintada com a tinta condutiva. Também foram fabricados protótipos de antenas de microfita sobre substrato de vidro. As medições do coeficiente de reflexão e da impedância de entrada dessas antenas foram realizadas com o uso de um analisador de redes. No caso das FSS, foram simulados e fabricados protótipos com elementos inspirados na folha da planta Oxalis triangularis sobre substratos de fibra de vidro, com laminado de cobre e com superfície pintada com a tinta condutiva. As medições do coeficiente de transmissão dessas FSS foram realizadas com o uso de um analisador de redes e duas antenas cornetas. Nos casos do bloqueador de corrente contínua e do acoplador direcional, foram simulados e fabricados protótipos sobre substratos de fibra de vidro, com laminado de cobre e com superfícies pintadas com a tinta condutiva, propiciando a oportunidade de investigar o efeito no acoplamento eletromagnético produzido entre as linhas de microfita paralelas pintadas. As medições dos coeficientes de reflexão e de transmissão dos protótipos foram realizadas com o uso de um analisador de redes. A boa concordância observada entre os resultados simulados e medidos para os protótipos dos circuitos integrados de micro-ondas pintados com a tinta de prata, confirma a eficiência e a versatilidade do procedimento de impressão com o uso da tinta condutiva sintetizada.
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This thesis describes the work carried out for the synthesis of a new conductive ink, with high concentration of silver particles, and the investigation on the possibility of its use in the manufacture of integrated circuits for wireless communication systems. The use of the new conductive ink is proposed as an alternative to the use of conventional microwave integrated circuits manufacturing techniques. The great interest in the use of conductive ink is associated with the ease, efficiency, versatility and reduction of manufacturing costs of the integrated circuits, provided by the use of small paint brushes for the application on different dielectric materials. The conductive ink obtained from the synthesis of nitrocellulose, which, in ethyl acetate solution, acts as a bonding agent of the pigment (silver metallic powder) to form a conductive film, one of the contributions of this work. The synthesized conductive ink was used in the development of microstrip antennas, bioinspired frequency selective surfaces (FSS), DC blocks, and directional couplers. The last two microwave integrated circuits were developed using parallel coupled microstrip lines. The simulation and design of these circuits were performed using Ansoft Designer and Ansoft HFSS softwares. In the analyses, glass and fiberglass substrates, very thin conductive plates made out of copper and silver, and surfaces painted with silver ink were considered. The frequency behavior of the scattering parameters of these circuits were investigated, enabling the evaluation of different aspects related to the transmission, reflection, coupling, radiation, and electromagnetic wave filtering. In order to validate the simulation results and to compare the measurement results, prototypes of microstrip antennas were fabricated and measured on fiberglass substrates with a copper laminate and with a surface painted with conductive ink. Also, prototypes of microstrip antennas were manufactured on glass substrate. The measurement of the reflection coefficient and the input impedance of these antennas were performed using a network analyzer. In the case of FSSs, prototypes were simulated and manufactured with elements inspired on the leaf of the Oxalis triangularis plant on fiberglass substrates, with copper clad laminate and surfaces painted with the synthesized conductive ink. The transmission coefficient measurement of these FSSs were performed using a network analyzer and two horn antennas. In the cases of DC block and directional coupler, prototypes were simulated on fiberglass substrates, with copper clad laminate and with surface painted with conductive ink, providing the opportunity to investigate the effect on the electromagnetic coupling between the painted parallel microstrip lines. The measurement of the reflection and transmission coefficients of these circuits were carried out using a network analyzer. The good agreement observed between the simulated and measured results for the microwave integrated circuit prototypes painted with silver ink confirms the efficiency and versatility of the painting procedure with the synthesized conductive ink.
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TIAGO FERNANDO BARBOSA DE SOUSA
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Propostas de Equalização e Beamforming para Sistemas Modernos de Comunicação
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Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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MEMBROS DA BANCA :
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MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
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JOSE PATROCINIO DA SILVA
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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DALTON SOARES ARANTES
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TOKTAM MAHMOODI
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Data: 07/06/2019
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Este trabalho tem como objetivo apresentar novas propostas de equalização e beamforming associada a sistemas modernos de comunicação digital. São apresentadas três propostas nos quais a primeira é caracterizada por uma inovadora estrutura de equalizador neural chamada aqui de Butterfly Neural Equalizer (BNE). O BNE pode ser aplicado em problemas lineares e não lineares envolvidos em sistemas de ópticos modulados por intensidade que envolvem detecção direta, também chamados de intensity-modulated e direct-detection (IM-DD) Systems. A segunda proposta é caracterizada por um esquema adaptativo de beamforming aplicado a sistemas do tipo Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM). A técnica OFDM e suas variantes estão sendo utilizadas em vários sistemas de comunicação como LTE, TV digital e outros. Finalmente, a terceira proposta apresenta uma estrutura de beamforming neural chamada de Butterfly Neural Beamforming (BNB) que pode ser aplicada a vários sistemas de comunicação. Resultados associadas as três propostas são apresentados e mostram a viabilidade das técnicas em vários cenários de canal e esquemas de modulação digital.
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This work aims to present new proposals for equalization and beamforming associated with modern digital communication systems. Three proposals are presented in which the first is characterized by an innovative neural equalizer structure called here the Butterfly Neural Equalizer (BNE). The BNE can be applied to linear and non-linear problems involved in intensity-modulated and direct-detection (IM-DD). The second proposal is characterized by an adaptive beamforming scheme applied to Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) systems. The OFDM technique and variants are being used in various communication systems such as LTE, digital TV, and others. Finally, the third proposal presents a neural beamforming structure called Butterfly Neural Beamforming (BNB) that can be applied to several communication systems. Results associated with the three proposals are presented and show the feasibility of the techniques in several channel scenarios and digital modulation schemes.
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AYLANNA RAQUEL DA COSTA OLIVEIRA
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Análise de Funções de Alívio para Estimação de Carregamentos após Chaveamentos Corretivos
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Orientador : MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
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MEMBROS DA BANCA :
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CLOVIS BOSCO MENDONCA OLIVEIRA
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MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
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MARCOS ANTONIO DIAS DE ALMEIDA
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MAX CHIANCA PIMENTEL FILHO
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MELINDA CESIANARA SILVA DA CRUZ
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Data: 29/06/2019
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Muitos trabalhos já propuseram o uso da técnica de Chaveamentos Corretivos para eliminar sobrecargas em sistemas de transmissão de energia elétrica. Alguns desenvolveram algoritmos utilizando Chaveamentos Corretivos baseados em teorias de circuitos elétricos ou em metodologias de Funções de Alívio. Este trabalho apresenta uma nova metodologia linear que se propõe a comparar os resultados obtidos a partir da execução de uma Função de Alívio aplicada à técnica de Chaveamentos Corretivos em situações de contingência com os resultados de outras metodologias previamente desenvolvidas e com os testes de fluxo de carga exato em variados sistemas de transmissão. Esta Função de Alívio foi determinada de forma analítica e tem sua origem no estudo de quadripólos. Nos estudos realizados ao longo desta Tese de Doutorado, as contingências foram criadas a partir de desligamentos de linhas nos sistemas de transmissão estudados – essa alteração provocou ocasionalmente múltiplas sobrecargas de ramo na rede elétrica, mas elas foram analisadas uma de cada vez. Uma outra etapa consiste em verificar as não-linearidades das medidas de chaveamento, ou seja, analisar se as grandezas elétricas obtidas a partir da aplicação de uma técnica linear podem apresentar grandes variações com relação à obtenção a partir de um modelo não-linear, ou seja, um fluxo de carga exato, e analisar o grau de influência que determinados parâmetros presentes nos carregamentos estimados podem exercer na não-linearidade destas manobras de operação. É importante enfatizar que a nova topologia da rede pode ser identificada rapidamente, visto que os cálculos necessários para estimação do novo carregamento são lineares, o que exige pouco esforço computacional. Isto viabiliza sua aplicação on-line para encontrar uma solução factível em Centros de Gerenciamento de Energia.
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There are several studies proposing Corrective Switching technique for eliminating overloads in transmission branches. Some proposed Corrective Switching algorithms are based on electrical circuits theory or Relief Function methodology. This work presents a new linear methodology that proposes to compare the results obtained from the execution of a Relief Function applied to Corrective Switching technique in contingency cases with the results of other methodologies previously developed and with the load flow tests in transmission systems. This Relief Function has been determined analytically and it is based on a Two-ports network model. When carrying out the studies throughout this Thesis, contingencies were created from line disconnections in the studied transmission systems - this alteration occasionally caused multiple branch overloads in the electric network, but they were analyzed one at a time. Another step is to verify the nonlinearities of the switching measures: to analyze if the electric quantities obtained from the application of a linear technique can present great variations with respect to the obtaining from a nonlinear model, meaning, an exact load flow, and to comprehend the influence that certain parameters present in the estimated loadings can exert on the nonlinearity of these operation maneuvers. It is important to emphasize that the new network topology can be identified quickly, since the calculations necessary to estimate the new load are linear, which requires little computational effort. This enables an on-line application to find a feasible solution in Energy Management Centers.
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IGOR GADÊLHA PEREIRA
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Sincronia Dinâmica de Sistemas Multimídia Distribuídos Utilizando Técnicas de Aprendizagem de Máquina
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Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
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ANDERSON ABNER DE SANTANA SOUZA
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COSIMO DISTANTE
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GUIDO LEMOS DE SOUZA FILHO
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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Data: 01/07/2019
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A troca de fluxos de dados multimídia em um cenário de sistemas distribuídos representa um desafio, devido principalmente a dois problemas geralmente presentes nesse contexto: a sincronização entre os diversos fluxos e o gerenciamento de hardwares heterogêneos presentes no sistema. A dificuldade em manter os limites temporais necessários para reprodução de um fluxo de dados multimídia aumenta com distúrbios introduzidos pelo canal de comunicação, o que está diretamente relacionado à qualidade de serviço. Na Internet, a transmissão de fluxo multimídia de tempo real requer estratégias eficientes de sincronização e armazenamento em memória, que podem adicionar uma quantidade significativa de latência interferindo diretamente na qualidade de experiência (QoE) vivenciada pelo usuário final. Dentre as aplicações que necessitam latência baixa para garantir um QoE aceitável, a composição e a execução de músicas através da internet representam o maior desafio. Nessa direção, propomos novos métodos para sincronização de fluxos multimídia codificados e fluxos de áudio não codificados, de alta precisão e baixa latência com o intuito de serem utilizados em sistemas multimídia de alcance global, como a Internet. Através dos experimentos realizados, identificamos boas taxas de acerto na sincronização desses fluxos de áudio e vídeo. Destacamos os valores de 72% na sincronização de fluxos de vídeo e até 93% para sequencias de áudio não codificados. Para isso utilizamos análise estatística de ordem superior e redes neurais convolucionais e sequenciais para computar uma relação temporal entre dois sinais multimídia.
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The exchange of multimedia data streams in a distributed scenario represents a challenge mainly because of two problems generally present in this context: the synchronization between several streams and the management of heterogeneous hardware present in the system. The difficulty in maintaining the time limits necessary for the reproduction of time-dependent multimedia data stream increases with disturbances introduced by the communication channel, which is directly related to the quality of service. On the Internet, streaming real-time multimedia data requires efficient synchronization and storage strategies, which can add a significant amount of latency and interfere with the end-user quality of experience (QoE). Among the applications that require low latency to ensure an acceptable QoE, the composition and reproduction of songs through the Internet represent the biggest challenge. Towards this direction, we propose an effective method for low latency synchronization of several streams in a distributed global multimedia network, such as the Internet. Throughout the experiments we made to verify our proposed systems, we identified good accuracy levels on the synchronization of audio and video streams. We specifically emphasize the accuracy levels of 72% for the synchronization of video streams and up to 93% for the synchronization of raw audio sequences. In order to achieve these results, we employed statistical analysis of superior order and neural networks, both convolutional and recurrent, to compute a time relationship between multimedia flows.
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ELIEL POGGI DOS SANTOS
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Desenvolvimento de uma técnica numérica para análise de superfícies seletivas em frequência do tipo absorve-transmite
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Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
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MEMBROS DA BANCA :
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ALFREDO GOMES NETO
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ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
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ERICO CADINELI BRAZ
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MAURICIO WEBER BENJÓ DA SILVA
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VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
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Data: 18/07/2019
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Os sistemas modernos de comunicação sem fio utilizam diversos tipos de dispositivos como antenas, moduladores, filtros, detectores, absorvedores e diversos outros tipos para as mais diversas aplicações emergentes na área das telecomunicações. Em particular, os absorvedores de ondas eletromagnéticas tornaram-se componentes críticos em sistemas de segurança, detecção e imagem. Os fundamentos dos absorvedores baseiam-se em configurações que permitem o controle da absorção de ondas eletromagnéticas e que mediante ao aumento dos requisitos de desempenho de absorção de micro-ondas, bom desempenho em aplicações civis e surgimento de novos tipos de materiais absorvedores de micro-ondas, atraíram considerável atenção dos pesquisadores resultando em consideráveis progressos.
Nesse sentido, diversos parâmetros nas estruturas de telecomunicações são usualmente analisados por meio de métodos de onda completa e métodos numéricos. São utilizados em muitos casos no núcleo de softwares comercicais como também em métodos híbridos. A utilização de técnicas numéricas mais simples permite uma análise de comportamentos de reflexão e de transmissão de maneira adequada com boa aproximação principalmente em estruturas cascateadas.
Nesse trabalho a estrutura do absorvedor é composta com uma superfície seletiva em frequência (FSS – frequency selective surface) condutiva e uma FSS resistiva na qual há um espaçamento d entre as FSS. A FSS condutiva é formada por um dielétrico FR-4 com permissividade elétrica de 4,4 e as geometrias formadas por fitas condutivas de cobre. As FSS resistivas apresentam um dielétrico FR-4 com permissividade elétrica de 4,4 e as geometrias são formadas por materiais resistivos OhmegaPly 1A50PT (35 micron – 50 ohms/sq). O objetivo da tese é desenvolver uma técnica numérica para análise de absorvedores de micro-ondas integrados a superfícies seletivas em frequência. Utilizou-se uma modelagem para a FSS condutiva e uma outra para a FSS resistiva ambas utilizando a técnica dos circuitos equivalentes baseadas nas equações de Marcuvitz e para a análise do conjunto ou cascateamento das estruturas utilizou-se a técnica da matriz de espalhamento. Tentou-se utilizar outras técnicas, no entanto, essa combinação resultou em melhores resultados. Parâmetros internos do método como coeficientes, resistência, reatâncias indutivas e capacitivas das geometrias foram analisadas com o objetivo de permitir uma melhor aproximação com relação as simulações e medições.
Os absorvedores projetados utilizaram a geometria dipolo cruzado e geometria espira quadrada ambos projetados e medidos em laboratório. A técnica numérica de análise apresentou uma boa concordância com os resultados medidos e simulados das estruturas do próprio autor como também com outros absorvedores medidos e simulados apresentados na literatura. Melhorias e modificações podem ser ajustadas para outras aplicações, integrar com técnicas de otimização, algoritmos híbridos e outros projetos de estruturas periódicas.
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Modern wireless communication systems use various types of devices such as antennas, modulators, filters, detectors, absorbers and many other types for the most diverse applications emerging in the field of telecommunications. In particular, electromagnetic wave absorbers have become critical components in security, detection and imaging systems. The fundamentals of the absorbers are based on configurations that allow the control of the absorption of electromagnetic waves and that by increasing the performance requirements of microwave absorption, good performance in civil applications and the emergence of new types of materials absorbers of microwaves, attracted considerable attention from the researchers resulting in considerable progress.
In this sense, the full-wave methods and numerical methods are usually used for the analysis of several parameters in the telecommunications structures. They are used in many cases in the core of commercial software as well as in hybrid methods. The use of simpler numerical techniques allows an analysis of reflection and transmission behavior in a suitable way with good approximation mainly in cascade structures.
In this work the absorber structure is composed of a conductive frequency selective surface (FSS) and a resistive FSS in which there is a d spacing between the FSS. The conductive FSS is formed by a FR4 dielectric with an electric permittivity of 4.4 and the geometries formed by conductive copper strips. Resistive FSS have an FR4 dielectric with an electrical permittivity of 4.4 and the geometries are formed by OhmegaPly 1A50PT (35 micron - 50 ohms / sq) resistive materials.
The thesis proposal is to develop a numerical technique for the analysis of integrated microwave absorbers to selective surfaces in frequency. A model was used for conductive FSS and one for resistive FSS both using the equivalent circuit technique based on the Marcuvitz equations and for analysis of the set or cascade of the structures, the scattering matrix technique was used. Attempts have been made to use other techniques, however, this combination has resulted in better results. Internal parameters of the method such as coefficients, resistance, inductive and capacitive reactances of the geometries were analyzed in order to allow a better approximation with respect to the simulations and measurements.
The designed absorbers used cross-dipole geometry and square loop both designed and measured in the laboratory. The numerical analysis technique showed good agreement with the measured and simulated results of the author's own structures as well as with other measured and simulated absorbers presented in the literature. Improvements and modifications can be tuned for other applications, integrate with optimization techniques, hybrid algorithms and other projects of periodic structures.
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EMANOEL RAIMUNDO QUEIROZ CHAVES JUNIOR
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Estratégias de Estimação de Falhas em Atuadores e Sensores em Processos Não-Lineares com Incertezas
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Orientador : ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
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ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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MARCELO ROBERTO BASTOS GUERRA VALE
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OSCAR GABRIEL FILHO
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Data: 26/07/2019
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Ao longo dos anos, os processos de controle tornaram-se mais complexos, contendo um grande número de componentes que funcionam de forma integrada. Qualquer um desses componentes está sujeito a apresentar defeitos ou a mal funcionamentos. Todos esses fatores são definidos como sendo falhas, o que, por sua vez, compreendem em variações inesperadas das propriedades de um determinado componente em relação à sua condição nominal de funcionamento. As falhas podem ocasionar perdas econômicas e levar risco à vida dos operários no recinto. Um sistema de controle tolerante a falhas é capaz de manter o processo de controle funcionando com um desempenho adequado mesmo na presença de falhas. Na sua abordagem ativa, a estratégia de controle nominal é reconfigurada, de modo que o efeito da falha seja acomodado. Esta reconfiguração geralmente baseia-se na estimativa da falha que, por sua vez, é obtida por meio de um observador. Geralmente a eficácia de um observador está relacionada ao grau de conhecimento sobre o processo por parte do projetista. Uma alteração não prevista dos parâmetros do sistema ou a presença de incertezas pode prejudicar o desempenho do observador. Este trabalho propõe duas técnicas de projeto de observador de estado que são capazes de realizar a estimação simultânea de estados e falhas em atuadores e sensores em sistemas não-lineares no tempo discreto com incertezas. O funcionamento deste método é verificado por meio de simulações computacionais baseadas em estudos de caso envolvendo processos de controle de nível em tanques e de controle de um manipulador robótico de articulação flexível por meio de tensão.
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Over the years, control processes have become more complex, containing a large number of components that work in an integrated manner. Any of these components is subject to defects or malfunctions. All these factors are defined as faults, which are unexpected variations of the properties of a given component to its nominal operating condition. The consequences of failures may cause economic losses and risk the life of the workers in the enclosure. A fault tolerant control system is able to keep the control process running with proper performance even in the presence of failures. In its active approach, the nominal control strategy is reconfigured so that the effect of the fault is accommodated. This reconfiguration is usually based on the estimate of the fault, which is obtained by means of an observer. Generally the effectiveness of an observer is related to the degree of knowledge about the process by the designer. An unforeseen change in system parameters or the presence of uncertainties may adversely affect the performance of the observer. This work proposes two state observer design techniques which are able to perform the simultaneous estimation of states and faults in actuators and sensors in nonlinear systems in discrete time with uncertainties. The operation of this method is verified by means of computational simulations based on case studies involving crane, liquid level processes and control of a flexible articulated robotic manipulator.
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BETOVEN OLIVEIRA DE ANDRADE
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Análise e Projeto de Antenas Patch de Microfita com Substrato Inspirado em Arranjo EBG
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Orientador : LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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MEMBROS DA BANCA :
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LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
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JOSE PATROCINIO DA SILVA
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HUMBERTO DIONISIO DE ANDRADE
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WELLINGTON CANDEIA DE ARAUJO
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Data: 26/07/2019
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Após algumas décadas das primeiras publicações sobre antenas de microfita as pesquisas ainda continuam em expansão. Isso é consequência de várias de suas características atrativas, sobretudo a possibilidade de montagem no mesmo plano dos circuitos transceptores. No entanto, essa vantagem acarreta alguns problemas - as ondas produzidas pelos circuitos refletem e refratam no interior do substrato, já que este possui diferentes índices de refração, o que ocasiona correntes superficiais no plano de terra, levando a uma largura de banda estreita e também a uma menor eficiência de radiação e baixo ganho, já que parte da energia é desperdiçada. Para atenuar tais características negativas, várias técnicas têm sido investigadas e empregadas, sendo uma das mais promissoras o uso de substratos PBG (Photonic Band Gap). PBG são estruturas periódicas em material dielétrico ou condutivo. Elas propagam as ondas eletromagnéticas em uma frequência específica para todos os estados de polarização e ângulos de incidência. Nesta tese, propõe-se uma metodologia adequada de estudos de novas estruturas e técnicas voltados ao emprego de material PBG na forma de furos periódicos tridimensionais (3D) no substrato na confecção de antenas patch de microfita para a faixa de 1 a 5 GHz. Ao longo do trabalho apresentamos algumas contribuições, descritas a seguir: (i) proposição de novas antenas, inclusive antenas com substratos impressos (3D); (ii) desenvolvimento teórico de projeto coerente da antena, evitando deslocamentos de frequências de ressonância, ocasionados por alteração na permissividade após a inserção dos furos; (iii) demonstração de que diferentes geometrias de furos não estão relacionadas a variação de frequência de ressonância; (iv) análise de que uma geometria não-convencional pode promover grandes melhorias de eficiência no tempo computacional de projeto; (v) aplicação de uma rede neural artificial capaz de melhorar substancialmente o tempo de obtenção das perdas de retorno; (vi) proposição de técnicas de baixo custo para o desenvolvimento de antenas com substrato PBG. A fim de validar as antenas propostas, simulações e medições são apresentadas e discutidas.
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After a few decades of the first publications on microstrip antennas, research continues to expand. This is the consequence of several of its attractive features, especially the possibility of mounting in the same plane of the transceiver circuits. However, this advantage presents some problems - the waves produced by the circuits reflect and refract inside the substrate, since it has different refractive indices, which causes surface currents in the earth plane, leading to a narrow bandwidth and also to lower radiation efficiency and low gain, since some of the energy is wasted. In order to attenuate such negative characteristics, several techniques have been investigated and employed, one of the most promising being the use of PBG (Photonic Band Gap) substrates. PBGs are periodic structures in a dielectric or conductive material. They propagate the electromagnetic waves at a frequency specific to all states of polarization and angles of incidence. In this thesis, it is proposed an adequate methodology to study new structures and techniques aimed at the use of PBG material in the form of three-dimensional periodic (3D) holes in the substrate in the manufacture of microstrip patch antennas for the range between 1 to 4 GHz. This thesis presents some contributions, as described below: (i) proposition of new antennas, including antennas with printed substrates (3D); (ii) theoretical development of coherent antenna design, avoiding resonance frequency shifts, caused by changes in the permittivity after insertion of the holes; (iii) demonstration that different hole geometries are not related to resonance frequency variation; (iv) analysis that an unconventional geometry can promote large efficiency improvements in computational design time; (v) applying an artificial neural network capable of substantially improving the time to obtain the return losses; (vi) proposition of low-cost techniques for the development of antennas with PBG substrate. In order to validate the proposed antennas, simulations and measurements are presented and discussed.
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ÍCARO BEZERRA QUEIROZ DE ARAÚJO
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Critério de máxima correntropia aplicado a seleção de estrutura e estimação de parâmetros de modelos NARX
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Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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MEMBROS DA BANCA :
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
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JOILSON BATISTA DE ALMEIDA REGO
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EVANDRO DE BARROS COSTA
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JOSE BEZERRA DE MENEZES FILHO
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Data: 26/07/2019
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Nas últimas décadas, devido ao aumento da complexidade dos sistemas dinâmicos e incremento da demanda por desempenho, a área de identificação de sistemas tem enfatizado a utilização de modelos não lineares para representação de sistemas dinâmicos. Neste contexto, os modelos não-lineares autorregressivos com entradas exógenas (NARX) são bastante utilizados devido a sua simplicidade, flexibilidade e capacidade de representação. Entretanto, tal modelo possui uma grande dependência da etapa de seleção de estrutura e os algoritmos tradicionais utilizados possuem limitações quando os dados estão contaminados de ruídos com distribuições não gaussianas. Observando isto, nesta tese, objetiva-se apresentar um novo método de identificação chamado Maximização da Correntropia Simulada com Poda (SCMP), que utiliza alguns conceitos do aprendizado baseado na teoria da informação. Neste trabalho são apresentados conceitos básicos sobre identificação de sistemas e correntropia, alguns métodos baseados nos mínimos quadrados ortogonais e redução de erro simulado, assim como a nova metodologia proposta. O método proposto é aplicado e comparado com os métodos tradicionais em alguns estudos de caso. O primeiro experimento é composto por três sistemas dinâmicos numéricos SISO na presença de ruído bimodal. O segundo estudo de caso é um conjunto retirado de um sistema benchmark chamado Silver Box. O terceiro estudo de caso é um sistema mecânico real. O quarto e último estudo de caso é um sistema dinâmico de tanques acoplados MIMO real. Os resultados obtidos validam o desempenho do método proposto quando comparado com os outros algoritmos de detecção de estrutura e estimação de parâmetros, mostrando que o método proposto apresenta um melhor desempenho e robustez na presença de ruídos com distribuição não gaussiana.
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In the last decades, due to the growing complexity of dynamic systems and the growing demand for better performance, the area of systems identification has emphasized the use of non-linear models to represent dynamic systems. In this context, Non-linear autoregressive with exogenous inputs models (NARX) are heavily used due to to their simplicity, flexibility and capacity of better representation. However, such models rely heavily on structure selection and the most traditional algorithms have limitations when the data is contaminated by non-gaussian distribution noises. Noting this, in this thesis, the objective is to present a new identification method called simulated correntropy maximization with pruning which uses concepts of learning based on information theory. In this work basic concepts about systems identification and correntropy, methods based on orthogonal least squares and simulated error reduction, and the new proposed methodology. The proposed method is applied and compared to the traditional methods in some study cases. The first experiment is composed by three SISO numeric dynamic systems in the presence of bimodal noise. The second study case is a set taken from a benchmark system called Silver Box. The third is a real dynamic system. The fourth and last one is a real dynamic MIMO coupled-tanks system. The obtained results validate the performance of the proposed method when compared to other algorithms of structure detection and parameter estimation, showing that the proposed method presents a better and more robust performance in the presence of non-gaussian distribution noise.
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CLÁUDIO PEREIRA DA COSTA
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Análise de Novas Topologias de Filtros CPS, SIEW e FSS-EBG para Sistemas de Comunicação sem Fio
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Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
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CRISTHIANNE DE FATIMA LINHARES DE VASCONCELOS
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GERVASIO PROTASIO DOS SANTOS CAVALCANTE
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JOABSON NOGUEIRA DE CARVALHO
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VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
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Data: 30/07/2019
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Mostrar Resumo
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O objetivo desta tese é apresentar a análise de novas topologias de filtros CPS, SIEW e FSS-EBG para aplicações em sistemas de comunicações sem fio. A configuração CPS consiste de duas fitas condutoras carregadas por duas células split ring resonators (SRRs) formando um filtro CPS. O filtro SIEW baseia-se na tecnologia substrate integrated E-plane waveguide, sendo formado por várias camadas dielétricas empilhadas com dois elementos ressonantes em seu interior, alcançando seletividade com polarização horizontal. A terceira configuração é constituída por dois arranjos periódicos formados por uma FSS e uma EBG, compondo uma estrutura integrada. A investigação dessas estruturas foi realizada mediante análise numérica da resposta em frequência devido à variação dos parâmetros físicos das geometrias, elencando as potencialidades atrativas para o desenvolvimento de aplicações na faixa de micro-ondas. Os resultados simulados foram obtidos com o software comercial Ansoft HFSS e exibiram características atrativas como: reconfiguração, ampla largura de banda, banda dupla, projeto simples, peso leve e fácil fabricação em grande escala. Alguns protótipos dos dispositivos propostos foram fabricados e os resultados experimentais confirmaram a validade dos modelos computacionais utilizados. Os resultados experimentais obtidos também foram comparados com os resultados simulados, observando-se uma boa concordância entre eles.
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The objective of this thesis is to present the analysis of new topologies of CPS, SIEW and FSS-EBG filters for wireless systems applications. The coplanar stripline (CPS) structure consists of two conducting strips loaded by two split ring resonators (SRRs), forming a CPS filter. The SIEW filter is based on the integrated E-plane waveguide substrate technology, being composed of several dielectric layers stacked with two resonant elements inside it, enabling selectivity with horizontal polarization. The third filter configuration consists of two periodic arrays formed by an FSS and an EBG, composing an integrated structure. The investigation of these structures was carried out by numerical analysis of the frequency response due to the variation of the physical parameters of the investigated geometries, identifying the attractive potentialities for microwave applications. The simulated results were obtained with the commercial software Ansoft HFSS and exhibited attractive characteristics as: reconfiguration, wide bandwidth, double band, simple design, light weight and easy manufacturing on a large scale. Some prototypes of the proposed devices were manufactured and the experimental results confirmed the validity of the used computational models. The experimental results were also compared with the simulated results, exhibiting a good agreement between them.
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JOÃO PAULO FERREIRA GUIMARÃES
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Correntropia Complexa: Definição, Propriedades e Aplicações
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Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
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MEMBROS DA BANCA :
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ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
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ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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RICARDO VON BORRIES
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ALUISIO IGOR REGO FONTES
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Data: 30/09/2019
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Mostrar Resumo
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Estudos recentes demonstraram que a correntropia é uma ferramenta eficiente para analisar momentos estatísticos de ordem superior em ambientes de ruído não gaussianos. Embora a correntropia tenha sido utilizada com dados complexos, nenhum estudo teórico foi realizado para elucidar suas propriedades ou seu uso em problemas de otimização. Sendo assim, baseado em uma interpretação probabilística, este trabalho apresenta uma nova medida de similaridade entre duas variáveis aleatórias complexas, definida como correntropia complexa. As suas propriedades são estudadas bem como seu uso enquanto função custo no Critério de Máxima Correntropia Complexa (Maximum Complex Corren- tropy Criteria – MCCC). O MCCC é aplicado a um algoritmo de gradiente ascendente e numa nova solução recursiva baseada em ponto fixo. Para testar a robustez dessa nova me- dida em ambientes com ruídos não gaussianos, aplica-se a correntropia complexa como função custo em um problema de identificação de sistemas, num problema de equaliza- ção de canal e de amostragem compressiva. Também é mostrado como a correntropia complexa pode ser aplicada ao problema de similaridade entre ângulos. As simulações demonstram vantagens proeminentes quando os métodos propostos são comparados a métodos clássicos da literatura.
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Mostrar Abstract
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Recent studies have demonstrated that correntropy is an efficient tool for analyzing higher-order statistical moments in non-Gaussian noise environments. Although corren- tropy has been used with complex data, no theoretical study was pursued to elucidate its properties, nor how to best use it for optimization. By using a probabilistic inter- pretation, this work presents a novel similarity measure between two complex random variables, which is defined as complex correntropy. It’s properties are studied as well as a new recursive solution for the Maximum Complex Correntropy Criteria (MCCC) and two algorithms are derived, one based in the ascendent gradient and a second one on a fixed-point solution. Simulations were made in order to evaluate how the robust this new measure is to impulsive noise in different problems: liner system identification, chan- nel equalization and in a compressive sensing problem. It is also shown the application of complex correntropy as a tool to analyse the similarity between angles. The results demonstrate prominent advantages of the proposed method when compared with the clas- sical algorithms from the literature.
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ITALO AUGUSTO SOUZA DE ASSIS
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Balanceamento de carga intra nó e inter nó e outras abordagens escaláveis para processamento sísmico de alto desempenho
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Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
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MEMBROS DA BANCA :
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JOAO MEDEIROS DE ARAUJO
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JORGE DANTAS DE MELO
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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REYNAM DA CRUZ PESTANA
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SAMUEL XAVIER DE SOUZA
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Data: 14/10/2019
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Mostrar Resumo
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A modelagem sísmica, a migração reversa no tempo (RTM) e inversão de forma de onda multiescala (MFWI) são três das técnicas mais importantes no levantamento sísmico. A modelagem sísmica simula a propagação de ondas, a RTM gera uma imagem da subsuperfície e a MFWI produz um modelo de velocidades de propagação de ondas. Esses métodos possuem um alto custo computacional devido à grande quantidade de dados que eles processam e à complexidade de seus algoritmos. Por isso, na prática, eles são implementados apenas para sistemas paralelos. Embora existam implementações paralelas eficientes de modelagem, RTM e MFWI na literatura, melhorias podem ser feitas para melhor explorar o paralelismo nesses métodos e as características dos sistemas paralelos atuais. Esta pesquisa propõe a inversão de forma de onda multiescala acoplada (CMFWI), um método alternativo à MFWI, que melhora a escalabilidade paralela ao reduzir a dependência paralela entre o processamento de diferentes conteúdos de frequência dos dados. É apresentada uma implementação do CMFWI usando o método de minimizadores locais acoplados (CLM). Os resultados utilizando a norma L2 mostraram que a CMFWI teve desempenho inferior quando comparado ao MFWI. Esses testes indicam que mais pesquisa é necessária para implementar a CMFWI, pois ela compara dados com diferentes conteúdos de frequência. Este trabalho também apresenta uma estratégia de ajuste automático para escolher adequadamente o tamanho ideal dos blocos de carga de trabalho que reduz o tempo de execução de uma RTM 3D em sistemas de memória compartilhada. O método Coupled Simulated Annealing (CSA) é empregado para ajustar o tamanho dos blocos de carga de trabalho que os laços paralelos atribuem dinamicamente às threads. Testes mostram que o método proposto é consistentemente melhor do que dois agendamentos de laços padrão do OpenMP, sendo até 44% mais rápido. Esta tese também introduz o roubo de trabalho cíclico baseado em token (CTWS) para sistemas de memória distribuída. A nova abordagem de token cíclico reduz o número de falhas de roubo, reduz o overhead de comunicação e simplifica a seleção de vítimas e a estratégia de finalização. Os resultados obtidos com a aplicação da técnica proposta para equilibrar a carga de trabalho de uma RTM 3D apresentam um fator de 14,1% de aceleração e redução do desequilíbrio de carga de 78,4% quando comparadas à distribuição estática convencional. Por fim, é apresentada uma implementação de uma modelagem visco-acústica 2D.
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Mostrar Abstract
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Seismic modeling, reverse time migration (RTM), and multi-scale waveform inversion (MFWI) are three of the most important techniques in seismic surveying. Seismic modeling simulates the wave propagation, RTM generates an image of the subsurface, and MFWI produces a wave propagation velocity model. These methods demand intensive computational cost due to a large amount of data they process and the complexity of their algorithms. Because of that, they are only implemented for parallel systems in practical. Although there are efficient parallel implementations of modeling, RTM, and MFWI in the literature, further improvement can be achieved by better exploring the parallelism in these methods and the characteristics of the current parallel systems. This research proposes coupled multi-scale waveform inversion (CMFWI), an alternative method to MFWI, which improves parallel scalability by reducing the parallel dependency between the processing of different frequency content of the data. An implementation of CMFWI using the coupled local minimizers method (CLM) is presented. L2-norm results showed that CMFWI had an inferior performance when compared to MFWI. These experiments indicate that further research is necessary to implement CMFWI as it compares data with different frequency contents. This work also introduces an auto-tuning strategy for properly choosing the optimal chunk size that reduces the runtime of a 3D RTM algorithm in shared memory systems. A coupled simulated annealing method (CSA) is employed to adjust the chunk size of work that parallel loops assign dynamically to worker threads. Experiments show that the proposed method is consistently better than two default OpenMP loop schedulers being up to 44% faster. This thesis also introduces the cyclic token-based work-stealing (CTWS) for distributed memory systems. The novel cyclic token approach reduces the number of failed steals, avoids communication overhead, and simplifies the victim selection and the termination strategy. Results obtained by applying the proposed technique to balance the workload of a 3D RTM present a factor of 14.1% speedup and reductions of the load imbalance of 78.4% when compared to the conventional static distribution. Finally, an implementation of a 2D visco-acoustic modeling is presented.
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DANIEL GUERRA VALE DA FONSECA
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Formulações Explícitas para Controladores Preditivos Generalizados: uma Abordagem Multiparamétrica
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Orientador : ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
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ANDRÉ FELIPE OLIVEIRA DE AZEVEDO DANTAS
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ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
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PERICLES REZENDE BARROS
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Data: 30/10/2019
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O Controle Preditivo Generalizado (GPC) é uma das técnicas de Controle Preditivo baseado em Modelos (MPC) mais tradicionais e populares da indústria e do meio acadêmico, sendo aplicado, ao longo de décadas, em vários sistemas para melhorar o desempenho do controle. Dentre as diversas áreas, o GPC pode ser encontrado atuando em aplicações petroquímicas, de energias, de alimentos, automotiva e aeroespacial. Esse tipo de controlador utiliza informações do modelo do processo para predizer o comportamento futuro do sistema. A predição é feita através da minimização de um funcional de custo que gera ações de controle ótimas capazes de direcionar as variáveis controladas para os valores desejados. Além disso, o GPC consegue lidar de forma direta tanto com sistemas MIMO, quanto com as restrições presentes nos processos. Entretanto, ao considerar o conjunto de restrições, o controlador precisa resolver, em tempo real, um problema de programação quadrática (PQ), o que pode ser proibitivo em certos casos, como para sistemas embarcados. Este trabalho faz uso da programação multiparamétrica (mp) para gerar uma lei de controle explícita do tipo Afim por Partes (PWA) para o GPC (mp-GPC) capaz de manter o desempenho de controle, sem a necessidade recorrente da resolução de um problema de otimização. Inicialmente, é proposta uma formulação comparada diretamente com o GPC baseado em PQ. Os resultados mostram que o desempenho se mantém, com redução do tempo computacional para o cálculo da ação de controle. Em seguida, um novo formato é proposto, que se diferencia pela quantidade de parâmetros necessários para formulação multiparamétrica. Ambas proposições são aplicadas em diferentes situações: em um sistema multivariável, em um sistema com a presença de atraso de transporte e em um caso subatuado. Em todos os casos, é feita uma comparação do tempo computacional gasto para o cálculo do sinal de controle, assim como do tempo necessário para resolução da programação multiparamétrica. Por fim, foram iniciados estudos envolvendo uma formulação GPC Multiparamétrica Híbrida, que faz uso da resolução de um problema de programação Linear Inteira Mista multiparamétrico (mp-MILP). Uma válvula não linear é utilizada como estudo de caso, em que suas características não lineares são traduzidas como dinâmicas discretas para o problema de otimização, com o objetivo de minimizar os seus efeitos. Os resultados preliminares são satisfatórios, apresentando um controle, em alguns momentos, com compensação total da não linearidade. Contudo, testes em sistemas reais precisam ser realizados em trabalhos futuros.
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Generalized Predictive Control (GPC) is one of the most traditional and popular Model-based Predictive Control (MPC) techniques in industry and academia and has been applied over decades in several systems to improve the control performance. Among the application areas, GPC can be found in petrochemical, energy, food, automotive and aerospace. This type of controller uses process model information to predict future system behavior. The prediction is made by minimizing a functional cost that produces optimal control actions capable of leading the controlled variables to the desired values. In addition, GPC can deal directly with both MIMO systems and process constraints. However, when considering the constraint set, the controller needs to solve a Quadratic Programming (QP) in real time, which can be prohibitive in certain cases, such as for embedded systems. This work uses multiparametric programming (mp) to generate an Explicit Piece-wise Affine (PWA) control law for GPC (mp-GPC) which holds the same control performance without the need to keep solving the optimization problem at each sample time. Hence, initially, the proposed formulation is compared with GPC based on online QP. The results show that the performance is maintained, reducing the computational time to calculate the control action. Then, a new format is proposed, which differs from the last one by the amount of parameters needed in the mp formulation. Both propositions are applied in three different situations: a MIMO system, a process with input-output delays and a underactuated system. A comparison is made by checking the computational time spent to calculate the control signal, as well as the time required for mp resolution. Finally, studies were initiated involving a Hybrid Multiparametric GPC formulation, which makes use of the resolution of a multiparametric Mixed-Integer Linear Programming (mp-MILP). A nonlinear valve is used as a case study, in which its nonlinear characteristics are treated as discrete dynamics for the optimization problem, in order to minimize its effects. Preliminary results are satisfactory, however, tests on real applications need to be done in future works.
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VIRGINIA PINTO CAMPOS
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Sistema de Geração Automática de Audiodescrição a partir de Análise de Conteúdo de Vídeo
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Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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MEMBROS DA BANCA :
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LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
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RAFAEL BESERRA GOMES
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BRUNO MARQUES FERREIRA DA SILVA
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NEY ROBINSON SALVI DOS REIS
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TIAGO MARITAN UGULINO DE ARAUJO
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Data: 28/11/2019
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A audiodescrição é um recurso de acessibilidade projetado para tornar a informação visual acessível a pessoas cegas ou com baixa visão. Para aumentar a oferta de faixas de audiodescrição em aplicações de vídeo digital, propomos um sistema para a geração automática de audiodescrição para filmes. O sistema pode utilizar como fonte de informação sobre o filme o roteiro original e o próprio vídeo. Como prova de conceito, desenvolvemos um protótipo que gera roteiros de audiodescrição com base em ações extraídas do roteiro e objetos reconhecidos no vídeo. Os experimentos contemplaram a aplicação da solução em filmes de ficção e em vídeos de vigilância. Para os filmes de ficção, foi feita uma avaliação com pessoas cegas. Os resultados indicaram que, através da audiodescrição automática gerada pela solução, foi possível fornecer informações sobre o contexto e que podem auxiliar o usuário no entendimento geral da história. Para os vídeos de vigilância, foi feita uma avaliação de desempenho através da medição do tempo de atraso de cada compoente. Os resultados indicaram que a solução tem o potencial para ser utilizada em contextos que exigem AD em tempo-real.
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Audio description is an accessibility feature designed to make visual information accessible to blind or low vision people. To increase the range of audio description tracks in digital video applications, we propose a system for automatic audio description generation of movies. The system can use as source of information about the film the original script or the video itself. As a proof of concept, we developed a prototype that automatically generates audio description based on actions taken from the script and objects recognized in the video. The experiments contemplated the application of the solution in fiction films and surveillance videos. For fiction films, an evaluation was made with blind people. The results indicated that through the automatic audio description generated by the solution, it was possible to provide contextual information that can help the user in the general understanding of the story. For surveillance videos, a performance evaluation was made using the delay time of each component. Results indicate that a solution has the potential to be used in contexts that require real-time AD.
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THALES AUGUSTO DE OLIVEIRA RAMOS
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Um Sistema Eficiente de Máquinas Elétricas para Geração de Energia Eólica com Acionamento por meio de um Regulador Eletromagnético de Frequência
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Orientador : MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
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MEMBROS DA BANCA :
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JOSE TAVARES DE OLIVEIRA
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JOÃO PAULO ABREU VIEIRA
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MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
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PAULO VITOR SILVA
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RICARDO FERREIRA PINHEIRO
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Data: 29/11/2019
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Mostrar Resumo
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Uma nova topologia foi desenvolvida recentemente para acionar geradores com o objetivo de possibilitar a hibridizar duas fontes de energia. Particularmente, se uma dessas fontes for eólica, atende-se ainda ao objetivo de evitar dispositivos eletrônicos de potência diretamente conectados à rede. O sistema é composto por uma máquina de indução com rotor na gaiola de esquilo e uma armadura rotativa dotada de um enrolamento trifásico que é alimentado por uma fonte secundária. Essa nova estrutura de máquina foi nomeada de Regulador Eletromagnético de Frequência (REF). O objetivo estabelecido em uma primeira pesquisa foi converter uma velocidade variável imposta pela turbina eólica à armadura, em uma velocidade constante a ser desenvolvida pelo rotor da gaiola, acionando um eixo de gerador síncrono. Um primeiro objetivo desta Tese foi modelar matematicamente a topologia e simulá-la inserida numa turbina eólica de grande porte. Em seguida, foi proposto o uso de um gerador de indução em vez de um síncrono, objetivando buscar o ponto de máxima extração de potência eólica disponível. A partir de análises de regime permanente, são propostos dois sistemas de controle possíveis: um controle escalar, que objetiva obter uma velocidade desejada para o rotor do sistema, e um controle que visa a estratégia de obtenção da máxima eficiência possível para o REF. Simulações de regime permanente são realizadas a fim de comparar os dois sistemas de controle apresentados. Assim, verifica-se que o controle por estratégia de máxima eficiência obtém melhores resultados quando comparados com os correspondentes obtidos a partir do controle escalar. Simulações dinâmicas realizadas para as duas topologias propostas mostram que ambas são viáveis e suportam variações na velocidade do vento e distúrbios na rede elétrica.
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Mostrar Abstract
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A new topology has recently been developed to drive generators to enable hybridization of two power sources. Particularly, if one of these sources is wind power, it also serves the purpose of avoiding power electronic devices directly connected to the grid. The system consists of a squirrel cage rotor induction machine and a rotational armature with a three-phase winding that is powered by a secondary source. This new machine frame has been named the Electromagnetic Frequency Regulator (EFR). The objective established in a first research was to convert a variable speed imposed by the wind turbine to the armature, in a constant speed to be developed by the cage rotor, driving a synchronous generator shaft. A first objective of this Thesis was to mathematically model the topology and simulate it inserted in a large wind turbine. Then, it was proposed to use an induction generator instead of a synchronous generator, aiming to find the maximum extraction point of available wind power. From steady state analyzes, two possible control systems are proposed: a scalar control, which aims to obtain a desired speed for the system rotor, and a control that aims at the strategy of obtaining the maximum possible efficiency for the REF. Permanent regime simulations are performed in order to compare the two control systems presented. Thus, it is verified that the control by maximum efficiency strategy obtains better results when compared with the correspondents obtained from the scalar control. Dynamic simulations performed for the two proposed topologies show that both are viable and support variations in wind speed and disturbances in the power grid.
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HEITOR MEDEIROS FLORENCIO
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Modelo Analítico para Avaliação da Estabilidade de Links em Redes Industriais Sem Fio.
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Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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ANDRES ORTIZ SALAZAR
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DANIEL LOPES MARTINS
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DENNIS BRANDAO
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JORGE DANTAS DE MELO
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Data: 09/12/2019
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Mostrar Resumo
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As redes de sensores sem fio surgiram no ambiente industrial com a finalidade de aumentar a flexibilidade e, principalmente, implantar elementos de medição e atuação em locais de difícil acesso. Contudo, devido às peculiaridades do enlace sem fio no ambiente industrial, é fundamental o uso de métricas para avaliar o desempenho dos enlaces de comunicação link. Um fator essencial para avaliação do comportamento da rede é a estabilidade dos links. A estabilidade é uma propriedade, porém diversos estudos definem o modelo da estabilidade utilizando diferentes parâmetros do link. Este trabalho apresenta um modelo analítico da estabilidade de link baseado na potência do sinal recebido e na taxa de entrega de pacotes. Os resultados obtidos através de testes realizados com diferentes cenários apresentaram que o modelo analítico consegue identificar situações de instalabilidade do link quando trata-se de alta variação na intensidade do sinal recebido e baixa entrega de pacotes. Em seguida, um sistema de controle em rede ISA 100.11a foi desenvolvido para validar o modelo proposto neste trabalho. Os resultados obtidos com a aplicação do modelo no sistema de controle de nível apresentaram valores de erro em regime permanente abaixo do limite máximo predeterminado, enquanto que nos testes de controle que não consideraram o fator de estabilidade dos links o erro ultrapassou o limite.
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Mostrar Abstract
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Wireless Sensor Networks (WSN) have emerged in the industrial environment with the purpose of increasing flexibility and deploying measurement and actuation elements in hard to reach areas. However, due to the peculiarities of wireless communication in the industrial environment, the use of metrics to evaluate the performance of communication links is crucial. An essential factor in assessing network behavior is the stability of links. The stability is a property, but several studies define the stability model using different parameters of the link. This thesis presents an analytical model of link stability based on received signal strength and packet delivery rate. The results obtained through tests performed with different scenarios showed that the analytical model can identify link installability situations when it comes to high variation in received signal strength and low packet delivery. Then, an ISA 100.11a network control system was developed to validate the model proposed in this work. The results obtained with the application of the model in the level control system presented steady state error values below the predetermined maximum limit, while in the control tests that did not consider the link stability factor the error exceeded the limit.
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MISSILENE DA SILVA FARIAS
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Realimentação de Estados Baseado em Regras Fuzzy Tipo-2 para Servocontrole de Sistemas Não Lineares
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Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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MEMBROS DA BANCA :
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ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
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JOSE BEZERRA DE MENEZES FILHO
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OSCAR GABRIEL FILHO
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WALLACE MOREIRA BESSA
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Data: 09/12/2019
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Mostrar Resumo
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Muitas pesquisas usam modelos fuzzy T-S para representar com precisão sistemas dinâmicos não lineares. No entanto, o T-S fuzzy torna a implementação do controlador fuzzy mais complexa à medida que a ordem do sistema e as não-linearidades aumentam. Assim, o presente trabalho tem como objetivo superar essas limitações usando um Sistema Baseado em Regras Fuzzy Tipo-2 Intervalar no qual as funções de pertinência e o número de regras podem ser escolhidos livremente, simplificando a implementação da técnica. Para esse fim, é estabelecido um controle de realimentação de estados direto com rastreamento de referência para gerar a ação de controle não linear usando técnicas de compensação paralela distribuída, sem a necessidade de incluir modelos fuzzy T-S para descrever o sistema dinâmico. A estratégia proposta é aplicada a um gerador síncrono e também a um sistema de levitação magnética. A partir dos resultados, verificou-se que o SBRF T2I é capaz de estabilizar os sistemas analisados em diferentes pontos de equilíbrio, com maior desempenho e menor tempo de estabilização, dadas as incertezas no modelo linearizado. De fato, o SBRF T2I provou ser uma maneira adequada de realizar essa tarefa, uma vez que o controle lógico fuzzy em si não depende de um modelo preciso.
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Mostrar Abstract
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Many researches use T-S fuzzy models to accurately represent nonlinear dynamic systems. However, T-S fuzzy makes the implementation of fuzzy controller more complex as system order and nonlinearities increase. Thus, the present work is aimed to overcome these limitations by using an Interval Type-2 Fuzzy Rule-Based System in which the membership functions and the number of rules can be freely chosen simplifying the implementation of the technique. To this end, it is established a direct state feedback control with reference tracking to generate the nonlinear control action using parallel distributed compensation techniques with no need to include T-S fuzzy models to describe the dynamic system. The proposed strategy is applied to a synchronous generator and also to a magnetic levitation system. From the results, it was verified that SBRF T2Is are able to stabilize the systems analyzed at different equilibrium points with higher performance and less settling times, given the uncertainties in the linearized model. In fact, the SBRF T2I proved to be a proper way to accomplish this task, because fuzzy logic control itself does not depend on an accurate model.
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ISAAC BARROS TAVARES DA SILVA
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Desenvolvimento de Material Ferrimagnético do Tipo NiFe2O4 para Aplicação em Sistemas de Comunicação de Micro-ondas
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Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
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IDALMIR DE SOUZA QUEIROZ JÚNIOR
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JOABSON NOGUEIRA DE CARVALHO
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JOAO BOSCO LUCENA DE OLIVEIRA
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LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
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MARCELO DAVID SILVA DE MESQUITA
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VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
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Data: 16/12/2019
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Mostrar Resumo
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Devido a crescente necessidade de desenvolver novas tecnologias para as comunicações sem fio, as pesquisas envolvendo os dispositivos de comunicação têm se tornado intensas, principalmente nas características de miniaturização e reconfiguração dos dispositivos de irradiação. Neste contexto, este trabalho traz o desenvolvimento de materiais ferrimagnéticos visando sua aplicação em dispositivos de comunicação sem fio. O projeto foi desenvolvido partindo da produção de ferrita de níquel (NiFe2O4) através da Técnica Sol-Gel modificada por RCI. O processo de calcinação foi aplicado para eliminação de compostos orgânicos provenientes da Sol-Gel, bem como para obtenção de partículas de diâmetro relativamente elevado, acima de 300 nm. A temperatura de calcinação foi de 1100 °C, durante dez horas, com rampa de 10 °C/min. O particulado obtido foi caracterizado através da MEV, DRX e EDS. Comportamento magnético do particulado também foi obtido através do levantamento de sua curva de histerese, bem como sua caracterização elétrica através da determinação da obtenção da permissividade complexa. Todas as caracterizações morfológicas foram aplicadas a um estudo envolvendo a eficiência do processo Sol-Gel utilizado de acordo com a variação da concentração de nitratos utilizados para produzir a ferrita de níquel. Esse estudo teve como objetivo principal a verificação de qual concentração de nitratos é mais eficiente para uma produção em grande quantidade, sendo possível constatar, entre os valores utilizados, que a concentração de 120 g/L promove uma produção mais eficiente e com mais qualidade. Posteriormente, um dos dispositivos desenvolvidos se deu a partir da utilização do particulado caracterizado em protótipo de encapsulados de baixa permissividade, utilizando madeira de lei, para sua aplicação como FRA. As madeiras utilizadas foram caracterizadas eletricamente para análise de sua influência junto às partículas de ferrita. O parâmetro coeficiente de reflexão foi determinado e discutido, sendo possível observar o potencial do material produzido na aplicação em DRA. Em seguida, foram confeccionadas pastilhas através de compactação do pó de ferrita por prensa uniaxial a 15 toneladas com ligante propanona, seguidas por aquecimento antes da sinterização. Este processo foi realizado com os mesmos parâmetros de temperatura da produção dos pós, com objetivo de não alterar o tamanho dos grãos. A caracterização elétrica das pastilhas foi realizada para sua aplicação como substrato em antenas de microfita e FRA. A permeabilidade das pastilhas foi estimada com base em trabalhos de caracterização do pó de NiFe2O4. Com a caracterização elétrica, foram realizadas simulações das FRA, em três diferentes tipos de excitação, e antenas propostas no software HFSS, através do método FEM e medições do coeficiente de reflexão para fins de validação dos resultados simulados. Os resultados experimentais se mostraram condizentes com a caracterização e simulações realizadas, chegando a apresentar erro de apenas 0,82% em relação a frequência de ressonância das simulações. O potencial da ferrita de níquel nas aplicações de FRA e como substrato em antenas de microfita é bem evidenciado nas discussões dos resultados, sendo possível expandir sua possibilidade de aplicação a outras áreas da engenharia elétrica.
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Due the need to develop new wireless technologies, the researches involving communication devices has become intense, mainly in characteristics like device miniaturization and reconfigurability. With this objective, this work presents a proposal for the development of ferrimagnetic compounds aiming their application in wireless communication devices. The project was performed starting at the nickel ferrite (NiFe2O4) through Sol-Gel modified by ICR technique. A calcination process was applied to eliminate organic compounds from Sol-Gel, as the large particle size production, over 300 nm. The calcination was performed at 1100 °C, for ten hours, with 10 °C/min step. The obtained particles were characterized by SEM, XRD and EDS. Magnetic behavior (hysteresis loop) was also obtained, as complex electric permittivity parameter. All performed morphological characterization were applied in a study of Sol-Gel process efficiency, according to nitrate concentration on chitosan matrix. The nitrate concentration was modified to verify which concentration promote better process efficiency, so that 120 g/L concentration could be verified as the more suitable for a high-quality product. Posteriorly, one of the proposed devices was manufactured: ferrite powder encapsulated with low permittivity wood material, aiming FRA application. Electric characterization was performed in all four types of applied woods. Reflection coefficient was determined and discussed. Then, ferrite bulk materials were manufactured using a 15-ton uniaxial press with propanone binding agent, followed by heating process before sintering. This process was performed with same temperature parameters of the powder production, aiming to not change microscopical characteristics. Electric characterization of ferrite bulk was performed and its application as microstrip patch antenna substrate and FRA was verified. Magnetic permeability was estimated based on previous papers characterization of NiFe2O4 powder. With electric characterization, simulations of FRA, with three different types of excitation, and proposed antennas was performed by HFSS software, using FEM method and the reflection coefficient was experimentally determined to validate the simulations. The experimental results presented good agreement with all performed process of production and characterization, reaching a 0.82% error in resonance frequency based on simulated results. The nickel ferrite potential as FRA and microstrip patch antenna is evidenced along the results discussion, being possible to expand the applications possibilities in other electrical engineering fields.
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FRANCISCO SALES DE LIMA FILHO
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Smart Defender: Um sistema de detecção e mitigação de ataques DoS/DDoS usando aprendizagem de máquina
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Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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MEMBROS DA BANCA :
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LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
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IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
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AGOSTINHO DE MEDEIROS BRITO JUNIOR
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PAULO SERGIO DA MOTTA PIRES
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GENOVEVA VARGAS-SOLAR
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PLACIDO ANTONIO DE SOUZA NETO
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Data: 20/12/2019
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O ataque de negação de serviço (DoS), e sua variante distribuída (DDoS), representa um dos riscos mais significativos para a disponibilidade de serviços operando na Internet. Essa ameaça cibernética continua a crescer em todo o mundo, e é prejudicial mesmo com o avanço das tecnologias de proteção de rede. O desenvolvimento de mecanismos que possam detectar e mitigar os impactos do tráfego malicioso gerado por ataques DDoS é um desafio atual na área de segurança de redes, com um impacto direto na vida da população mundial. Este trabalho propõe o sistema Smart Defender como uma abordagem para reduzir o impacto desses ataques. Este sistema é formado por duas ferramentas, o Smart Detection (SD) e o Smart Protection (SP), que operam de maneira integrada e distribuída. O sistema de detecção proposto toma decisões com base em assinaturas preexistentes, usando técnicas de Aprendizagem de Máquina (AM), para classificar o tráfego de rede. O sistema de proteção, por sua vez, aplica regras para controlar o tráfego inútil e mitigar os efeitos do DDoS, considerando as informações compartilhadas pelo sistema de detecção e a política de segurança da rede local. Nos experimentos realizados, foram utilizados modernos conjuntos de dados de referência e testes semi-controlados em laboratório. Os resultados mostram que a solução proposta é capaz de detectar precocemente ataques DDoS com alta taxa de acertos e baixa taxa de alarmes falsos, além de isolar a ameaça no primeiro minuto de ataque.
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Denial of service (DoS) attacks, and their distributed variant (DDoS), represents one of the most significant risks to the availability of services operating on the Internet. This cyber threat continues to grow worldwide and is detrimental even as network protection technologies advance. Developing mechanisms that can detect and mitigate the impacts of malicious traffic generated by DDoS attacks is a current challenge in network security, with a direct impact on the lives of the world's population. This paper proposes the Smart Defender system as a solution, consisting of Smart Detection (SD) and Smart Protection (SP) tools that operate in an integrated and distributed manner. The proposed detection system makes inferences based on pre-existing signatures using Machine Learning (ML) techniques to classify network traffic. The protection system, in turn, applies rules to control useless traffic and mitigate the effects of DDoS, considering the information shared by the detection system and the security policy of the local network. In the experiments performed, modern reference data sets and semi-controlled laboratory environment tests were used. The results show that the proposed solution is capable of early detection of high hit rate and low false alarm rate DDoS attacks, as well as isolating the threat in the first minute of attack.
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ANDERSON COSTA SILVA DOS SANTOS
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Sistema para auxílio em instalação e manutenção de redes industriais sem fio com foco em controle
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Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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MEMBROS DA BANCA :
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ADRIAO DUARTE DORIA NETO
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ANDRÉ LAURINDO MAITELLI
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DANIEL LOPES MARTINS
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DANIELLE SIMONE DA SILVA CASILLO
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JORGE DANTAS DE MELO
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Data: 27/12/2019
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Nos dias atuais, a comunicação sem fio tem despertado interesse e está se tornando uma tendência nos ambientes industriais. Em parte, esse interesse se deve às facilidades de implantação e manutenção desse tipo de rede, que dispensam projetos sofisticados e execução de obras de implantação de cabos, que em ambiente industrial muitas vezes têm custos proibitivos, além de permitir a criação de aplicações que não eram possíveis com as tecnologias legadas. Apesar dos benefícios diretos, desafios técnicos (confiabilidade, autonomia de recursos energéticos, interferência do ambiente) e culturais se apresentam como os principais pontos negativos para a implantação de redes industriais em larga escala na indústria. Pensando em diminuir esses problemas, esta tese vem apresentar um sistema com modelagem multiobjetivo para auxílio em instalação e manutenção de dispositivos - tanto sensores quanto atuadores - em redes industriais sem fio, possibilitando a utilização de controladores nessas redes, com ênfase especialmente nos padrões WirelessHART e ISA100.11a, que se apresentam como os mais promissores para solução de redes industriais sem fio.
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Nowadays, wireless communication has aroused interest and is a tendency in industry environments. In part this interest is due to the ease of deployment and maintenance of this network, which dispenses sophisticated designs and execution of works of deploying cables, which in industrial environment often prohibitively expensive, and enabling the addition of new applications when compared to their wired counterparts. Despite its high degree of applicability, a wireless network faces some technical (reliability, energy consumption, environment interference) and cultural challenges present as the main negative points for the deployment of large-scale industrial networks in the industry. To reduce some these problems, this work presents a system with multiobjective modeling to aid installation and maintenance of devices - sensors and actuators - in industrial wireless networks, allowing the use of controllers in these networks, with emphasis on WirelessHART and ISA100.11a standards, which presents themselves as the most promising solution for industrial wireless networks.
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