Dissertações/Teses

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2024
Dissertações
1
  • BEATRIZ SOARES DE SOUZA
  • Aplicação da Teoria dos Grafos na Análise da Similaridade e Complexidade de Consultas em Bancos de Dados Relacionais

  • Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL GOUVEIA COSTA
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • Data: 31/01/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • A constante necessidade de realizar mudanças e refatorações nos Sistemas de Informação inegavelmente resultam em dívidas técnicas, sendo algumas delas relacionadas ao gerenciamento de bancos de dados. Alta redundância e complexidade são características recorrentes em bancos de dados e tendem a afetar a performance geral dos sistemas. Neste trabalho, a análise conduzida foi baseada em análise de grafos, que é uma técnica essencial em diversas áreas do gerenciamento de dados. A investigação envolveu o estudo de relações e conexões em um banco de dados de uma organização financeira do mundo real, entre consultas SQL representadas como nós e arestas em uma estrutura de grafo. Ao analisar a estrutura do grafo e suas propriedades, foi possível identificar nós importantes, detectar agrupamentos de dados relacionados e descobrir relações e redundâncias ocultas. Os resultados indicam que 50% das consultas do banco de dados apresentavam similaridade média a alta em subgrafos, o que permite à organização obter insights valiosos sobre seus dados, tomar decisões baseadas em dados e otimizar o desempenho do banco de dados.


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  • Information Systems constant changes and refactoring processes eventually result in design debts, one of them being related to the database management. Redundancy and complexity are often found in databases and eventually affect the overall system performance. In this study, the analysis conducted was based on graph analysis, which is an essential technique in several fields demanding data management. The investigation involved the study of relationships and connections in a real-world financial organization database, between SQL queries represented as nodes and edges in a graph structure. By analyzing the graph structure and properties, it was possible to identify important nodes, detect clusters of related data, and uncover hidden relationships and redundancy. The results indicate that 50% of the database queries had medium to high similarity in subgraphs, which allows the organization to gain valuable insights into their data, make informed decisions, and optimize their database performance.

2
  • DANIEL SILVA DE MORAIS
  • Técnicas de identificação, controle e predição aplicadas a robôs de acionamento diferencial

     

  • Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADELARDO ADELINO DANTAS DE MEDEIROS
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FILIPE CAMPOS DE ALCANTARA LINS
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • Data: 16/02/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • Este trabalho apresenta a identificação, desacoplamento, controle e predição de robô
    móvel com duas rodas de acionamento diferencial. Para isso, foi utilizada a metodologia
    de substituição de variáveis no modelo matemático do robô, tendo as suas variáveis
    de posição, representadas em plano cartesiano, substituídas pelo seu deslocamento linear.
    Como o modelo se torna essencialmente linear, sem a utilização de técnicas de linearização,
    abordagens clássicas de desacoplamento e controle puderam ser empregadas, bem como
    a utilização de preditores. Para a identificação do modelo foram realizados experimentos
    reais para a coleta de dados e utilizou-se do método de mínimos quadrados para diferentes
    estruturas considerando a ordem e o tempo de atraso. Utilizando do critério de informação,
    métodos de validação de modelos e experimentos reais de reação do robô, foi possível
    escolher um modelo que melhor o represente. O desacoplamento do sistema do robô foi
    implementado para reduzir a relação cruzada indesejada que existe entre entradas e saídas
    no modelo. Também foi proposto a utilização do Preditor de Smith para minimizar a
    diferença, causada pela existência de tempo de atraso, entre o comportamento previsto
    e o comportamento real do sistema controlado. Experimentos simulados e reais para
    diferentes controladores da família PID foram realizados, como também a realização de
    experimentos para seguimento de diferentes trajetórias para validação do desempenho do
    modelo.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents the identification, control, filtering and prediction of a two-wheeled differentially-driven mobile robot. For this, the variable substitution methodology will be used in the mathematical model of the robot, with its position variables, represented in the Cartesian coordinate system, replaced by its linear displacement. As the model becomes essentially linear, without the use of linearization techniques, classic control approaches, such as PID, can be used, as well as the use of predictors and filters. For the identification of the model, real experiments were performed for data collection and the least squares method was used for different structures considering the order and delay time. Using Akaike information criterion and real robot reaction experiments, it was possible to choose a model that best represents it. Decoupling the system from the robot is proposed to reduce the unwanted cross relationship that exists between inputs and outputs. It is also proposed to use the Smith Predictor and Kalman Filter to minimize the delay time and estimate the filtered values of linear displacement and orientation, respectively. Finally, some identified models and the execution schedule for the completion of this work will be demonstrated.

3
  • MARIA DA GUIA TORRES DA SILVA
  • Robótica Educacional como Recurso Pedagógico para Estudantes com Dificuldades de Aprendizagem

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLA DA COSTA FERNANDES CURVELO
  • LUCIANE TERRA DOS SANTOS GARCIA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • SARAH THOMAZ DE SA ROSSITER
  • Data: 19/02/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • A utilização da Robótica Educacional como ferramenta de apoio no processo ensino-aprendizagem de crianças com dificuldades de aprendizagem é o cerne de nossa investigação. No trabalho, tentamos não fazer distinção entre as dificuldades (normais) causadas por desinteresse ou outro problema em sala ou aquelas causadas por transtornos bem definidos na medicina. Em uma revisão sistemática inicial, na qual fizemos uma pesquisa geral de artigos e dissertações em conferências e revistas utilizando um conjunto definido de palavras-chave que abrangessem os problemas de aprendizagem mais conhecidos e que também atendessem à palavra-chave "robótica educacional", identificamos que existem pouquíssimos trabalhos neste tópico, cerca de 14 contribuições. Diante da constatação da novidade do tema, fizemos uma análise mais aprofundada destes e outros trabalhos, incluindo várias questões, não apenas relacionadas com as dificuldades de aprendizagem. Nossa questão principal a ser respondida, a partir de então, foi identificar o quanto e como a robótica educacional consegue ser uma coadjuvante no processo ensino aprendizagem, para esses estudantes ccom dificuldades. Com isso em mente, definimos a metodologia de pesquisa quali-quanti para identificar os pontos restantes, onde adotamos questionários como instrumento de coleta de dados. Disponibilizamos formulários com perguntas para os alunos, professores, e monitores das escolas selecionadas, entre as que possuem atividades de robótica educacional (todas )escolas públicas) do município de Natal, RN, Brasil. Por meio de uma análise dos dados obtidos pelos formulários, observamos um crescimento do uso da robótica na educação, de forma geral. Mas, identificamos principalmente que, apesar de os estudantes com dificuldades ou transtornos de aprendizagem encontrarem-se nas instituições de ensino, eles não estão completamente inseridos nas atividades com robótica. Todavia, após a compilação e análise dos dados, chegamos a resultados positivos, que verificam a possibilidade de aplicação com melhoria do aprendizado nessas crianças. Isto é, maioria dos alunos e uma boa parte dos professores e monitores concordam que a robótica conseguiu melhorar a capacidade dos alunos com dificuldades em apreender, principalmente os conteúdos transversais. Em relação ao "como", notamos que alguns fatores são importantes. O primeiro fator é a facilidade de apreensão da robótica em si, trazida por novas ferramentas de software e hardware desenvolvidas, que facilitam sobremaneira o seu uso como ferramenta de apoio. Ainda, notamos que o interesse dos professores é outro fator no "como" que pode colaborar na tentativa de melhorar a questão da dificuldade do aprendizado. Notamos que o interesse melhora com uso dessas novas ferramentas, desmistificando a robótica, que deixa de ser um bicho de sete cabeças para o professor leigo. Ademais, a existência de sistemas completos de apoio à sua aplicação, gratuitos e livres, envolvendo conteúdos e ferramentas na Web, além de uma política efetiva de educação continuada aos professores, têm colaborado para que a ferramenta se torne mais cada vez mais eficaz, principalmente, como ressaltado, nos conteúdos transversais à robótica.


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  • The use of Educational Robotics as a support tool in the teaching-learning process for children with learning difficulties is the core of our investigation. In this work, we try not to distinguish between (normal) difficulties caused by lack of interest or another solvable problem in the classroom or those caused by well-defined disorders in medicine. In an initial systematic review, in which we did a general search of articles and dissertations in conferences and journals using a well defined set of keywords that covered the most well-known learning problems and that also met the keyword "educational robotics", we identified that there are very few works on this topic, around 14 contributions. Given the novelty of the topic, we carried out a more in-depth analysis of these and other works, including several issues, not only related to learning difficulties. Our main question to be answered, from then on, was to identify how much and how educational robotics can be an adjunct in the teaching-learning process, for these students with difficulties. With this in mind, we defined the quali-quanti research methodology to identify the remaining points, where we adopted questionnaires as a data collection instrument. We provide forms with questions for students, teachers, and monitors from selected schools, among those that have educational robotics activities (all public schools) in the city of Natal, RN, Brazil. Through an analysis of the data obtained from the forms, we observed an increase in the use of robotics in education, in general. However, we mainly identified that, although students with learning difficulties or disorders are found in educational institutions, they are not completely included in robotics activities. Nonetheless, after compiling and analyzing the data, we reached positive results, which verify the possibility of application to improve learning in these children. That is, the majority of students and a good number of teachers and monitors agree that robotics has managed to improve the ability of students with difficulties in learning, especially transversal content. Regarding "how", we noticed that some factors are important. The first factor is the ease of understanding the robotics itself, brought about by new software and hardware tools developed by this pretty new scientific community, which greatly facilitate its use as a support tool. Furthermore, we note that the interest of teachers is another factor in the "how" that can collaborate in trying to improve the issue of learning difficulties. We noticed that interest improves with the use of these new tools, demystifying robotics, which is no longer a big deal for lay teachers. Furthermore, the existence of complete support systems for its application, free of charge and freely available, involving content and tools on the Web, in addition to an effective continuing education policy for teachers, have contributed to the tool becoming increasingly more effective, mainly, as highlighted, in content transversal to robotics.

4
  • MATEUS ARNAUD SANTOS DE SOUSA GOLDBARG
  • Compressão Consciente de Modelos de Redes Neurais Profundas Baseada em Poda Seguida de Quantização

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • SERGIO NATAN SILVA
  • FLAVIA MARISTELA SANTOS NASCIMENTO
  • MARIA GRACIELLY FERNANDES COUTINHO
  • Data: 20/02/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • Técnicas de aprendizado profundo, particulamente as redes neurais profundas (Deep Neural Networks - DNNs), têm sido utilizadas com êxito em muitos problemas. Porém, esses tipos de algoritmos exigem um grande esforço computacional, devido a grande quantidade de parâmetros e de operações matemáticas realizadas, e isto pode ser um problema para aplicações onde os recursos computacionais são limitados, aplicações que requerem baixa latência ou baixo consumo energético. Assim, este trabalho propõe a aplicação de uma nova estratégia de treinamento para compressão consciente de modelos de DNNs baseados em poda, quantização e poda seguida de quantização capaz de reduzir o tempo de processamento e seu tamanho em memória. A estratégia de compressão foi aplicada em dois domínios, o primeiro para classificação automática de modulações, onde foi possível reduzir o tamanho do modelo em 13 vezes, e manter uma acurácia apenas 1,8% menor que a do modelo não comprimido. No segundo domínio, voltado para a classificação de imagens em ambientes de microserviços, a mesma estratégia de compressão foi aplicada. Neste contexto, observou-se uma redução de 7,6 vezes no tamanho do modelo, mantendo uma acurácia próxima ao modelo não comprimido. Além disso, a implementação dessas técnicas reduziu a latência de predição em 1,7 vezes e também diminuiu significativamente o tempo necessário para a implantação de microserviços contendo esses modelos. Esses resultados ressaltam a eficácia da abordagem proposta, indicando seu potencial impacto positivo em cenários que demandam eficiência computacional e economia de recursos.


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  • Deep learning techniques, particularly deep neural networks (DNNs), have been successfully employed in numerous problems. However, these types of algorithms demand substantial computational effort due to the large number of parameters and mathematical operations involved, which can pose challenges for applications with limited computational resources, low latency requirements, or low energy consumption. Thus, this work proposes the application of a novel training strategy for the conscious compression of DNN models based on pruning, quantization, and pruning followed by quantization, capable of reducing processing time and memory footprint. The compression strategy was applied in two domains: the first for automatic modulation classification, where the model size was reduced by 13 times, maintaining an accuracy only 1.8% lower than the uncompressed model. In the second domain, focused on image classification in microservices environments, the same compression strategy was applied. In this context, a 7.6-fold reduction in model size was observed, with accuracy close to the uncompressed model. Furthermore, the implementation of these techniques reduced prediction latency by 1.7 times and significantly decreased the time required for the deployment of microservices containing these models. These results underscore the effectiveness of the proposed approach, indicating its potential positive impact in scenarios that require computational efficiency and resource conservation.

5
  • EDUARDO NUNES VELLOSO
  • Otimização Fim-a-Fim de Sistemas MIMO Multiusuário Usando Autoencoders com Estimação de Canal Bidirecional

  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MARCELO SAMPAIO DE ALENCAR
  • Waslon Terllizzie Araujo Lopes.
  • Data: 21/03/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • Os ganhos de eficiência espectral introduzidos pelos sistemas MIMO multiusuário os tornam esquemas relevantes para a atual e para as próximas gerações de redes de comunicação móvel. Devido à complexidade intrínseca aos modelos matemáticos desses sistemas em condições realistas e à interdependência entre as etapas de processamento dos transmissores e receptores, o aprendizado de máquina é uma opção que permite projetar o sistema completo por meio do treinamento de um autoencoder ruidoso. Esse trabalho apresenta uma proposta de arquitetura de rede neural para otimização fim-a-fim de um sistema MIMO multiusuário. O desempenho do sistema, medido em termos de taxa de erro de símbolo, foi comparado a uma referência M-PSK com equalização zero-forçado e estimação por mínimos quadrados. As simulações foram feitas considerando um modelo de canal com desvanecimento Rayleigh, assim como usando o modelo 3GPP TR 38.901. Um estimador de canal bidirecional, baseado na interpolação de pilotos esparsos, foi proposto, reduzindo a sinalização de controle para menos de 3% em troca de um pequeno atraso fixo de 10 ms. Os resultados revelam que é possível obter ganhos significativos ao aplicar o modelo proposto, mas que estes variam conforme os erros de estimação nos instantes de transmissão de pilotos.


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  • The spectral efficiency gains introduced by multiuser MIMO systems render them relevant schemes for current and upcoming generations of mobile communication networks. Due to the intrinsic complexity of the mathematical models of these systems under realistic conditions and the interdependence between the processing steps of the transmitters and receivers, machine learning is an option that allows the complete system to be designed by training a noisy autoencoder. This paper proposes a neural network architecture for end-to-end optimization of a multiuser MIMO system. The performance of the system, measured in terms of symbol error rate, was compared to an M-PSK baseline with zero-forcing equalization and least-squares channel estimation. Simulations were performed using a Rayleigh fading channel model and the realistic 3GPP TR 38.901 model. A bidirectional channel estimator, based on the interpolation of sparse pilots, is proposed, reducing the control signaling to less than 3% in exchange for a fixed 10 ms delay. The results show that signicant gains can be achieved by applying the proposed model, but those vary with respect to the estimation errors during the pilot transmission times.

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  • ANTONIO ALCIR DE FREITAS JUNIOR
  • Detecção de Ataques de Negação de Serviço Distribuídos utilizando Rede Neural Convolucional.

  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AGOSTINHO DE MEDEIROS BRITO JUNIOR
  • FRANCISCO SALES DE LIMA FILHO
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • Data: 16/04/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • Com a expansão da Internet, aliada ao crescente número de dispositivos de Internet das Coisas (IoT), os ataques de negação de serviços (Denial of Service - DoS), bem como sua variante distribuída (Distributed Denial of Service - DDoS), vêm se tornando um problema significativo para a disponibilidade de serviços que operam na Internet. Nos últimos anos, o número de pesquisas na academia e na indústria sobre a detecção e mitigação desses ataques vem crescendo, porém sem ainda uma solução definitiva. Técnicas envolvendo aprendizagem de máquina estão sendo amplamente utilizadas para detecção e mitigação desses ataques. Embora eficientes, as técnicas propostas apresentam um alto custo computacional, o que podem torná-las inviáveis em cenários de redes com fluxos de dados intensos, devido às restrições temporais impostas pelo processamento em tempo real do fluxo de dados. Inspirado nesses trabalhos da literatura, mas buscando uma redução de complexidade computacional, este trabalho propõe o uso de uma rede neural convolucional de baixa complexidade para a detecção de ataques de DDoS. A redução de complexidade da rede convolucional proposta se baseia no uso de descritores obtidos a partir de um conjunto de métricas calculadas sobre dados de cabeçalho de tráfego de rede amostrado. O método desenvolvido possui alta taxa de acerto, baixa taxa de falsos positivos e relativa simplicidade de implementação, tornando-o apto à tarefa de detecção de ataques de DDoS em cenários de redes com vazões elevadas.


  • Mostrar Abstract
  • With the expansion of the Internet, combined with the growing number of Internet of Things (IoT) devices, denial of service attacks (Denial of Service - DoS), as well as its distributed variant (Distributed Denial of Service - DDoS), have become more widespread, making it a significant problem for the availability of services operating on the Internet. In recent years, the number of research in academia and industry on the detection and mitigation of these attacks has been growing, but without a definitive solution yet. Techniques involving machine learning are being widely used to detect and mitigate these attacks. Although efficient, the proposed techniques present a high computational cost, which may make them unfeasible in network scenarios with intense data flows, due to the temporal restrictions imposed by real-time processing of the data flow. Inspired by these works in the literature, but seeking to reduce computational complexity, this work proposes the use of a low-complexity convolutional neural network to detect DDoS attacks. The complexity reduction of the proposed convolutional network is based on the use of descriptors obtained from a set of metrics calculated on sampled network traffic header data. The developed method has a high success rate, low false positive rate, and relative simplicity of implementation, making it suitable for the task of detecting DDoS attacks in network scenarios with high throughput.

7
  • JORDAO PAULINO CASSIANO DA SILVA
  • Uma Proposta Para Detecção de Buracos com Aprendizagem de Máquina na Borda

  • Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • DANIEL GOUVEIA COSTA
  • Data: 14/05/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • Buracos em vias urbanas representam um problema significativo, afetando tanto a segurança dos usuários quanto a durabilidade dos veículos. Este estudo introduz uma abordagem inovadora que integra aprendizado de máquina em dispositivos de borda, com ênfase nos modelos YOLOv8 e FOMO no contexto do TinyML. Utilizamos um conjunto de dados especializado, contendo imagens anotadas, para treinar esses modelos de forma eficaz na detecção precisa de buracos. O foco da pesquisa está na otimização do desempenho desses modelos para dispositivos com recursos computacionais limitados, visando eficiência em tempo real e redução do consumo de energia. Este trabalho não só fornece modelos eficazmente treinados, mas também introduz um framework adaptável para a detecção de buracos, assegurando uma implementação prática e eficiente. Além disso, ao final, apresentamos um pipeline completo para a detecção de buracos, validando a precisão e eficiência dos modelos. Esta abordagem propõe uma solução robusta e energeticamente eficiente para o reconhecimento automático de buracos, contribuindo significativamente para melhorias na manutenção de infraestruturas urbanas.


  • Mostrar Abstract
  • Potholes in urban roads represent a significant issue, impacting both user safety and vehicle durability. This study introduces an innovative approach integrating machine learning on edge devices, with an emphasis on YOLOv8 and FOMO models in the context of TinyML. We utilize a specialized dataset, containing annotated images, to effectively train these models for accurate pothole detection. The focus of the research is on optimizing the performance of these models for devices with limited computational resources, aiming for real-time efficiency and reduced energy consumption. This work not only provides effectively trained models but also introduces an adaptable framework for pothole detection, ensuring practical and efficient implementation. Furthermore, we present a complete pipeline for pothole detection at the end, validating the models' accuracy and efficiency. This approach proposes a robust and energy-efficient solution for the automatic recognition of potholes, significantly contributing to improvements in urban infrastructure maintenance.

8
  • RICHARDSON SANTIAGO TELES DE MENEZES
  • Deep Q-Managed: Um Novo Algoritmo para Aprendizagem por Reforço Profundo Multiobjetivo

  • Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • HELTON MAIA PEIXOTO
  • JORGE DANTAS DE MELO
  • ORIVALDO VIEIRA DE SANTANA JUNIOR
  • THIAGO HENRIQUE FREIRE DE OLIVEIRA
  • Data: 31/05/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • O algoritmo Deep Q-Managed, proposto neste trabalho, representa um avanço significativo no campo da aprendizagem por reforço multiobjetivo (MORL, acrônimo em inglês para multi-objective reinforcement learning). Esta nova estratégia emprega uma técnica atualizada de otimização multiobjetivo híbrida, que oferece uma garantia matemática de que todas as políticas pertencentes ao Pareto Front podem ser encontradas, destacando-se na aquisição de políticas multiobjetivo não dominadas em ambientes caracterizados por funções de transição determinísticas. Sua flexibilidade se estende a cenários onde o Pareto Front apresenta complexidades geométricas convexas, côncavas ou mistas, tornando-o em uma solução versátil para uma ampla gama de aplicações. A proposta foi validada utilizando os tradicionais benchmarks MORL e diferentes configurações da frente de Pareto.A qualidade das políticas encontradas pelo algoritmo foi comparada com abordagens proeminentes na literatura. Os resultados da estratégia proposta estabelecem o algoritmo Deep Q-Managed como um candidato digno para lidar com problemas multiobjetivos desafiadores.


  • Mostrar Abstract
  • The Deep Q-Managed algorithm, proposed in this work, represents a significant advancement in the field of multi-objective reinforcement learning (MORL). This new strategy employs an updated technique for hybrid multi-objective optimization, which offers a mathematical guarantee that all policies belonging to the Pareto Front can be found, excelling in the acquisition of non-dominated multi-objective policies within environments characterized by deterministic transition functions. Its flexibility extends to scenarios where the Pareto Front exhibits convex, concave, or mixed geometric complexities, making it a versatile solution for a wide array of real-world applications. Our proposal is validated using the traditional MORL benchmarks with different configurations of the Pareto front. The quality of the policies found by our algorithm was compared with prominent approaches in the literature. The outcomes of the proposed strategy establish the Deep Q-Managed algorithm as a worthy contender for tackling challenging, multi-objective problems.

Teses
1
  • MAURÍCIO RABELLO SILVA
  • Protocolo de Transporte de Dados para FANET na Varredura de Áreas de Impacto de Foguetes sobre o mar por Veículos Aéreos Não Tripulados

  • Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS MANUEL DIAS VIEGAS
  • FELIPE DENIS MENDONCA DE OLIVEIRA
  • FRANCISCO ARY ALVES DE SOUZA
  • MARCELO BORGES NOGUEIRA
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • Data: 23/02/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • Sistemas que envolvem múltiplos Veículos Aéreos Não Tripulados (Multi-VANTs) para realizar o procedimento de varredura de área tem despertado atenção nos últimos anos. O desenvolvimento desses sistemas enfrenta desafios significativos, sendo a robustez da rede de comunicação de dados um aspecto crucial para a colaboração eficiente entre os VANTs. Este trabalho se dedica à especificação de um protocolo de transporte de dados para uma rede de comunicação em uma esquadrilha de Veículos Aéreos Não Tripulados, com foco na varredura da área de impacto de foguetes sobre o mar no projeto SPACEVANT 2.
    A pesquisa abrange as principais características das redes de comunicação para sistemas multi-VANT, considerando especificidades da aplicação, como o planejamento de caminho e trajetória, e coleta de dados dos sensores. Estratégias são propostas para a varredura da área de impacto de foguetes, analisando características das redes mais adequadas a essas estratégias e definindo um protocolo apropriado para a aplicação. Utilizando módulos Xbee Pro 900HP S3B em uma arquitetura de rede integrada a uma plataforma de hardware controlada por computador embarcado, um plano de testes é concebido e implementado para avaliar o desempenho do protocolo. Aferições de desempenho incluem medições de largura de banda (throughput), latência, e indicadores nos links de comunicação entre os nós da rede, como retransmissão e perda de pacotes, controle de fluxo e congestionamento. Este estudo demonstra a robustez e a confiabilidade do protocolo na arquitetura de rede proposta para sistemas multi-VANTs.


  • Mostrar Abstract
  • Systems involving multiple Unmanned Aerial Vehicles (Multi-UAVs) performing area scanning procedures have garnered attention in recent years. Developing these systems faces significant challenges, with the robustness of the data communication network being a crucial aspect for efficient collaboration among UAVs. This work is dedicated to specifying a data transport protocol for a communication network within a squadron of Unmanned Aerial Vehicles, focusing on scanning the rocket impact area over the sea in the SPACEVANT 2 project.

    The research encompasses the key characteristics of communication networks for multi-UAV systems, considering application-specific aspects such as path and trajectory planning and sensor data collection. Strategies are proposed for the rocket impact area scanning, analyzing characteristics of networks best suited for these strategies, and defining a suitable protocol for the application. Utilizing Xbee Pro 900HP S3B modules in a network architecture integrated with a computer-controlled embedded hardware platform, a test plan is devised and implemented to assess the protocol's performance. Performance evaluations include measurements of bandwidth (throughput), latency, and indicators on communication links among network nodes, such as retransmission, packet loss, flow control, and congestion. This study demonstrates the robustness and reliability of the protocol in the proposed network architecture for multi-UAV systems.

2
  • RUTE SOUZA DE ABREU
  • Otimização da Predição de Falhas em Modelos de Redundância: Uma Nova Abordagem com Redes de Petri Estocásticas Generalizadas e Redes Neurais Pulsadas

  • Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL GOUVEIA COSTA
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • JUAN MOISES MAURICIO VILLANUEVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • RENAN CIPRIANO MOIOLI
  • Data: 29/02/2024
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • A previsão de falhas desempenha um papel importante em diversos setores, como indústria, tecnologia, setor médico, entre outros. Esta tarefa pode auxiliar na redução de custos de manutenção de equipamentos, prevenção
    de acidentes e desastres e melhoria da confiabilidade do sistema, uma vez que pode aumentar a disponibilidade reduzindo o tempo de inatividade do sistema. Este trabalho apresenta uma metodologia para previsão de falhas em modelos de redundância projetados utilizando a formalidade de Redes de Petri Estocásticas Generalizadas. A abordagem compreende as etapas de modelagem e simulação de sistemas com redundância ativa e passiva sob diferentes cenários de falhas, como switches não perfeitos, falhas em standby e falhas de causa comum, bem como geração de conjuntos de dados de falhas e implementação de um modelo de aprendizado de máquina para realizar a previsão de falhas. Para esta última, esta pesquisa utiliza Redes Neurais Pulsadas (RNPs), que foram reconhecidas como a terceira geração de Redes Neurais Artificiais. Assim como as redes neurais artificiais típicas, as RNPs inspiram-se na dinâmica biológica do cérebro, incorporando a topologia interconectada dos neurônios em sua arquitetura. No entanto, enquanto as redes neurais convencionais focam na minimização de erros por meio do ajuste de pesos, as RNPs visam replicar o processo de aprendizagem simulando o comportamento dos neurônios, levando em consideração elementos do processo biológico, como sinapse, acúmulo de energia, disparo de impulso elétrico e períodos refratários entre as emissões. Devido à capacidade de capturar aspectos temporais dos dados, as RNPs são amplamente utilizadas em problemas que possuem dinâmicas de tempo. Além disso, a literatura tem mostrado que essas redes são eficientes em termos de tarefas e energia, servindo como uma alternativa de baixo custo em comparação com RNAs convencionais.


  • Mostrar Abstract
  • Fault prediction plays an important role across several sectors such as industry, technology, medical sector, among others. This task can help in the reducing of equipment maintenance costs, prevention of accidents and disasters, and improvement of system dependability since it can increase availability by reducing system downtime. This work presents a methodology for fault prediction in redundancy models designed using the formality of Generalized Stochastic Petri Networks. The approach comprehends the steps of modeling and simulation of systems with active and passive redundancy under different fault scenarios, such as non-perfect switches, standby failures, and common cause failures, as well as fault datasets generation and the implementation of a machine learning model for performing the fault prediction. For forecasting, this research utilizes Spiking Neural Networks (SNNs), which have been recognized as the third generation of Artificial Neural Networks. Just like typical artificial neural networks, SNNs draw inspiration from the biological dynamics of the brain, incorporating the interconnected topology of neurons into their architecture. However, while conventional neural networks rely on error minimization by weight adjustment, SNNs aim to replicate the learning process by simulating neuron behavior by taking into account elements of the biological process such as synapse, energy accumulation, electric impulse firing, and refractory periods between emissions. Due to the ability to capture temporal aspects from data, SNNs are vastly used in problems with time dynamics. Additionally, literature has shown these networks to be task and energy-efficient serving as a low-cost alternative compared to conventional ANNs.

3
  • DUNFREY PIRES ARAGÃO
  • Um conjunto de variáveis independentes para tarefas de regressão de séries temporais de cenários de pandemia baseados em COVID-19

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIANO MONDINI
  • ANDOUGLAS GONÇALVES DA SILVA JÚNIOR
  • COSIMO DISTANTE
  • DAVI HENRIQUE DOS SANTOS
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • TIAGO PEREIRA DO NASCIMENTO
  • Data: 10/05/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • Propomos a criação de um conjunto de variáveis independentes, derivadas da análise de fenômenos, intervenções governamentais e eventos que possam influenciar a disseminação do vírus SARS-CoV-2, seja de forma positiva ou negativa em relação à tendência da curva de casos e óbitos. Esta abordagem visa identificar características e parâmetros relevantes aplicáveis a esses cenários, utilizando técnicas de regressão. Para isso, realizamos estudos utilizando metodologias de aprendizado de máquina para determinar quais variáveis deveriam ser selecionadas e aplicadas aos modelos de regressão. Nossa estratégia incluiu a coleta e limpeza de dados, avaliação da generalização dos modelos, e a aplicação de técnicas de aprendizado de máquina, como regressão com uso de Seasonal ARIMA, clusterização, redução de dimensionalidade por meio da análise de componentes principais e redes neurais, além da criação de visualizações informativas dos dados. Como resultado, compilamos e propomos o uso de um conjunto de variáveis independentes para prever o número de óbitos por COVID-19, visando aumentar a acurácia e reduzir o desvio padrão em relação aos valores reais, e evitar a subespecificação do problema. As principais contribuições deste trabalho incluem a investigação das causas e possíveis relações entre fenômenos, medidas governamentais e eventos na disseminação do vírus em áreas urbanas, como cidades e países. Os resultados deste estudo podem servir como um recurso complementar para auxiliar governos e autoridades na tomada de decisões diante de possíveis cenários futuros de pandemia, como o enfrentado durante a crise da COVID-19, que embora ainda presente, apresenta uma menor taxa de mortalidade.


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  • We propose the creation of a set of independent variables, derived from the analysis of phenomena, government interventions and events that may influence the spread of the SARS-CoV-2 virus, whether positively or negatively in relation to the trend of the curve of cases and deaths. This approach aims to identify relevant characteristics and parameters applicable to these scenarios, using regression techniques. To achieve this, we carried out studies using machine learning methodologies to determine which variables should be selected and applied to the regression models. Our strategy included collecting and cleaning data, evaluating the generalization of models, and applying machine learning techniques, such as regression using Seasonal ARIMA, clustering, dimensionality reduction through principal component analysis and neural networks, in addition to creating informative data visualizations. As a result, we compiled and proposed the use of a set of independent variables to predict the number of deaths from COVID-19, aiming to increase accuracy and reduce the standard deviation in relation to real values, and avoid underspecification of the problem. The main contributions of this work include the investigation of the causes and possible relationships between phenomena, government measures and events in the spread of the virus in urban areas, such as cities and countries. The results of this study can serve as a complementary resource to assist governments and authorities in making decisions in the face of possible future pandemic scenarios, such as the one faced during the COVID-19 crisis, which, although still present, has a lower mortality rate.

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  • YURI THOMAS PINHEIRO NUNES
  • Detecção Heurística de Concept Drift baseado em TEDA

  • Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • IGNACIO SANCHEZ GENDRIZ
  • JUAN MOISES MAURICIO VILLANUEVA
  • Data: 21/05/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • A enorme quantidade de aplicações de aprendizado de máquina e dados produzidos apresentam diversos desafios atualmente. Em diversos contextos, os dados podem possuir relevância temporal através de sazonalidade e tendências resultando em comportamento não-estacionário. Essa característica presente em diversos sistemas dificulta a aplicação de modelos de aprendizado de máquina, que de forma geral, assumem que os dados são estacionários. Nesse cenários, as fontes de dados podem ser consideradas como data streams: fontes ordenadas e ilimitadas de dados não estacionários. Essas fontes alimentam as aplicações de aprendizado máquina de forma não confiável por violar a estacionariedade. Quando o data stream apresenta uma variação significativa podendo induzir a degradação de performance é dito que ocorreu um concept drift. Considera-se que um data stream que apresenta concept drift representa um sistema evolutivo (evolving system). Um sistema que evolui ao longo do tempo através de mudanças nos seus conceitos internos, por exemplo, emergência de novos conceitos, extinção de conceitos, divisão e fusão de conceitos, etc. Neste contexto, as técnicas de aprendizado de máquina devem ser adaptadas para o contexto de data streams. Um exemplo seria um classificador para amostras de data stream (classificador de data stream). Esse tipo de modelo precisa considerar retreinamento em tempo real, robustez à não estacionariedade, indisponibilidade de dados, conjunto limitado de dados, entre outros. Para implementar essas diversas características é essencial o uso de detectores de concept drift (CDD). CDDs não modelos capazes de identificar quando um ou mais conceitos da data stream mudaram de forma significativa. A literatura é rica em trabalhos sobre de detecção de concept drift distribuídos em três grupos: supervisionados, semi-supervisionados e não supervisionados. Os métodos supervisionados tem acesso as classes verdadeiras das amostras da data stream no momento de detecção enquanto os métodos semi-supervisionados tem acesso limitado. Os métodos semi-supervisionados podem ter acesso as classes verdadeiras durante o treinamento, durante etapas offline ou até mesmo a um sub-conjunto de amostras no momento de detecção. Os métodos não supervisionados não acessam as classes verdadeiras das amostras, sendo teoricamente mais limitado que as demais abordagens. Entretanto, os métodos não supervisionados possibilitam menor atraso de detecção em aplicações reais, já que é razoável que não se tenha acesso à classe verdadeira no momento da detecção. Exemplos de métodos não supervisionados são o ADWIN, KSWIN e PageHinkley. Este trabalho apresenta um novo método de detecção de concept drift, o TEDA-CDD. Esse detector é composto por dois modelos para representar conceitos baseados em TEDA: o modelo de referência e o modelo evolutivo. O modelo de referência tem como objetivo representar o conceito conhecido pelo modelo de aprendizado de máquina enquanto o modelo de referência é livre para se adaptar a qualquer novo modelo que emergir do data stream. Os modelos são comparados de forma heurística através do índice de Jaccard para indicar similaridade. Quando o índice indicar baixa similaridade entre os modelos o detector indica um concept drift. Afim de comparar o método proposto com outros métodos presentes na literatura, inicialmente, propõe-se uma abordagem realística para classificadores de data stream. Essa abordagem possibilita aplicar diversos classificadores e detectores na tarefa de classificação de data stream e estimar métricas de desempenho especificas ao contexto de data streams. Nos experimentos, o método proposto é comparado a outros métodos presentes na literatura utilizando benchmarks sintéticos e reais. O método proposto possui desempenho comparável em termos de precisão em relação aos métodos consolidados na literatura ao passo que é o mais eficiente em termos de consumo de memória.


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  • The enormous amount of machine learning applications and data produced presents several challenges today. In many contexts, data may have temporal relevance, for example, seasonality and trends, resulting in non-stationary behavior. This characteristic present in several systems makes it difficult to apply machine learning models, which, in general, assume that the data is stationary. In this scenario, data sources can be considered as data streams: ordered and unlimited sources of non-stationary data. These sources feed machine learning applications unreliably because they violate stationarity. When the data stream presents a significant variation that could lead to performance degradation, it is said that a concept drift has occurred. A data stream that presents concept drift is considered to represent an evolutionary system (evolving system). A system that evolves, presenting changes in its internal concepts, for example, emergence of new concepts, extinction of concepts, division and fusion of concepts, etc. In this context, machine learning techniques must be adapted to the context of data streams. An example would be a classifier for data stream samples (data stream classifier). This type of model needs to consider real-time retraining, robustness to non-stationarity, data unavailability, and limited data set, among others. To implement these different characteristics, it is essential to use concept drift (CDD) detectors. CDDs are not models capable of identifying when one or more concepts in the data stream have changed significantly. The literature is rich in works on concept drift detection distributed into three groups: supervised, semi-supervised, and unsupervised. Supervised methods have access to the true classes of data stream samples at the time of detection, while semi-supervised methods have limited access. Semi-supervised methods can have access to the true classes during training, during offline steps, or even to a subset of samples at the time of detection. Unsupervised methods do not access the true classes of the samples, being theoretically more limited than other approaches. However, unsupervised methods allow for shorter detection delays in real applications, as it is reasonable not to have access to the true class at the time of detection. Examples of unsupervised methods are ADWIN, KSWIN, and PageHinkley. This work presents a new concept drift detection method, TEDA-CDD. This detector is composed of two models to represent concepts based on TEDA: the reference model and the evolutionary model. The reference model represents the concept known to the machine learning model, while the reference model is free to adapt to any new model that emerges from the data stream. The models are compared heuristically using the Jaccard index to indicate similarity. When the index indicates low similarity between the models, the detector indicates a concept drift. To compare the proposed method with other methods present in the literature, initially, a realistic approach for data stream classifiers is proposed. This approach makes it possible to apply several classifiers and detectors to the data stream classification task and estimate performance metrics specific to the data streams context. In the experiments, the proposed method is compared to other methods present in the literature using synthetic and real benchmarks. The proposed method has comparable performance in terms of accuracy compared to methods consolidated in the literature, while it is the most efficient in terms of memory consumption.

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  • MATHEUS EMANUEL TAVARES SOUSA
  • Redução de Taxa de Absorção Específica em Phantoms que Simulam Tecidos Humanos por meio de Superfícies Seletivas em Frequência com Substratos Feitos de Têxteis Hospitalares

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALFREDO GOMES NETO
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • HUMBERTO DIONISIO DE ANDRADE
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • Data: 26/06/2024

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  • Este trabalho propõe uma antena integrada com superfície seletiva de frequência (FSS) com substrato têxtil para aplicações em sistemas médicos de monitoramento contínuo com taxa de absorção específica (SAR) reduzida. A antena e o FSS foram fabricados em substratos têxteis de algodão e poliéster, utilizados em produtos têxteis para a saúde, baseados na norma técnica ABNT NBR 13734:2016 - Produtos têxteis para saúde, para operação na faixa de frequências ISM 2,4 GHz.  O sistema opera na frequência de 2,4 GHz. Três materiais têxteis com proporções variadas de algodão e poliéster foram escolhidos para projetar as antenas e FSS. A caracterização elétrica desses materiais foi realizada. A antena foi projetada para um plano de terra preenchido e um patch retangular alimentado por uma linha de microfita. O FSS foi projetado usando espiras quadradas. A operação experimental das superfícies seletivas de frequência dentro da faixa de interesse foi observada através do coeficiente de transmissão em função da frequência. Foram fabricados phantoms para simular os tecidos humanos pele, gordura, sangue e músculo, sendo realizada uma análise térmica para avaliar o impacto da exposição contínua na transmissão do sinal da antena integrada aos phamtos fabricados. Os resultados demonstram uma redução no SAR devido à rejeição efetiva do sinal da banda ISM pelo FSS em torno de 66,67% em comparação com o sistema com a antena ativa sem a presença da FSS.


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  • This work proposes an integrated antenna with frequency selective surface (FSS) with textile substrate for applications in medical continuous monitoring systems with reduced specific absorption rate (SAR). The antenna and FSS were fabricated on cotton and polyester textile substrates, used in textile healthcare products, based on the technical standard ABNT NBR 13734:2016 - Textile healthcare products, for operation in the ISM 2.4 GHz frequency band. The system operates at a frequency of 2.4 GHz. Three textile materials with varying proportions of cotton and polyester were chosen to design the antennas and FSS. The electrical characterization of these materials was carried out. The antenna is designed for a filled ground plane and a rectangular patch fed by a microstrip line. The FSS was designed using square loops. The experimental operation of the frequency selective surfaces within the range of interest was observed through the transmission coefficient as a function of frequency. Phantoms were fabricated to emulate human tissues skin, fat, blood and muscle, and a thermal analysis was carried out to evaluate the impact of continuous exposure on signal transmission from the antenna integrated into the fabricated phantoms. The results demonstrate a reduction in SAR due to the effective rejection of the ISM band signal by the FSS of around 66.67% compared to the system with the active antenna without the presence of the FSS.

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  • MAILSON RIBEIRO SANTOS
  • Abordagens com Aprendizagem On-line e Off-line para Detecção, Classificação e Estimação de Falhas em Sistemas Dinâmicos


  • Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CELSO JOSÉ MUNARO
  • IGNACIO SANCHEZ GENDRIZ
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • Data: 20/08/2024

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  • Este estudo aborda métodos para detecção, classificação e avaliação da severidade de falhas em sistemas dinâmicos, em resposta à necessidade de monitoramento eficaz em ambientes industriais complexos. Com o objetivo de mitigar erros humanos e identificar falhas em tempo real, utilizam-se abordagens de aprendizado de máquina, tanto off-line quanto on-line. Na metodologia com aprendizagem off-line, empregamos características selecionadas por sua relevância com base em informações extraídas de uma técnica de Inteligência Artificial Explicável (XAI), com o objetivo de desenvolver modelos eficazes e eficientes. A Máquina de Vetor de Suporte (SVM) foi utilizada em todas as etapas dessa abordagem. A segunda parte do estudo enfocou uma abordagem de aprendizagem on-line, utilizando algoritmos evolutivos em todas as fases. Foram testadas duas abordagens de pré-processamento de dados: uma baseada nos resultados off-line da relevância das características e outra utilizando dados de sensores janelados. Além disso, uma modificação no algoritmo Typicality and Eccentricity Data Analysis (TEDA) foi proposta para a detecção e classificação de falhas, comparando duas versões do algoritmo para identificar a mais eficaz. Na última fase on-line, o algoritmo AutoCloud foi empregado para identificar a gravidade das falhas.Um aspecto compartilhado entre as abordagens de aprendizagem off-line e on-line é o critério sequencial, no qual dados previamente identificados como falhos são empregados na classificação de falhas, enquanto os dados de cada tipo de falha são utilizados separadamente na identificação da gravidade. Para validação das propostas, foi utilizado o benchmark da Case Western Reserve University (CWRU) para falhas em rolamentos. Na abordagem de aprendizagem off-line, obtivemos resultados satisfatórios com um número reduzido de características, demonstrando a eficiência e eficácia do modelo proposto. Os resultados da abordagem de aprendizagem on-line demonstraram que o algoritmo TEDA Modificado consistentemente superou o TEDA Original na detecção de falhas, independentemente da abordagem de pré-processamento adotada. No entanto, a capacidade de classificação foi mais satisfatória quando se utilizou a segunda abordagem de pré-processamento em conjunto com o TEDA Original. Quanto à identificação da gravidade das falhas, a primeira abordagem apresentou resultados satisfatórios, especialmente para falhas de um tipo específico, enquanto a segunda abordagem enfrentou dificuldades, resultando em métricas de avaliação mais baixas. Comparando as abordagens de aprendizagem on-line e off-line, ambas mostraram eficácia semelhante na detecção e classificação de falhas, porém a identificação da gravidade foi mais precisa na abordagem com aprendizagem off-line. Conclui-se que ambas as propostas são promissoras, devendo sua utilização ser determinada com base nas características do sistema dinâmico.


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  • This study addresses methods for detecting, classifying, and assessing the severity of faults in dynamic systems, responding to the need for effective monitoring in complex industrial environments. Aiming to mitigate human errors and identify faults in real time, machine learning approaches, both offline and online, are employed. In the offline learning methodology, features are selected for their relevance based on information extracted from an Explainable Artificial Intelligence (XAI) technique, with the goal of developing effective and efficient models. The Support Vector Machine (SVM) was used at all stages of this approach. The second part of the study focused on an online learning approach, employing evolutionary algorithms in all phases. Two data preprocessing approaches were tested: one based on offline feature relevance results and another using windowed sensor data. Additionally, a modification to the Typicality and Eccentricity Data Analysis (TEDA) algorithm was proposed for fault detection and classification, comparing two versions to identify the most effective. In the final online phase, the AutoCloud algorithm was employed to identify fault severity. A shared aspect between offline and online learning approaches is the sequential criterion, where data previously identified as faulty is used in fault classification, while data for each fault type is separately used in severity identification. To validate the proposals, the Case Western Reserve University (CWRU) benchmark for bearing faults was used. In the offline learning approach, satisfactory results were obtained with a reduced number of features, demonstrating the efficiency and effectiveness of the proposed model. Results from the online learning approach showed that the Modified TEDA consistently outperformed the Original TEDA in fault detection, regardless of the preprocessing approach adopted. However, classification capability was more satisfactory when the second preprocessing approach was used in conjunction with the Original TEDA. Regarding fault severity identification, the first approach yielded satisfactory results, especially for specific fault types, while the second approach encountered difficulties, resulting in lower evaluation metrics. Comparing the online and offline learning approaches, both showed similar effectiveness in fault detection and classification, but severity identification was more accurate in the offline learning approach. It is concluded that both proposals are promising, with their utilization determined based on the characteristics of the dynamic system.


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  • NILSON HENRIQUE DE OLIVEIRA CUNHA
  • Análise de Biosensores Ópticos Baseados no Efeito SPR Utilizando Novos Modelos de Dispositivos Quase Cristalinos

  • Orientador : JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • COSME EUSTAQUIO RUBIO MERCEDES
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • HUMBERTO DIONISIO DE ANDRADE
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • Data: 30/08/2024

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  • Com o avanço contínuo das novas tecnologias em todas as áreas da ciência, é essencial que os dispositivos utilizados acompanhem esses progressos para garantir resultados confiáveis. Nesse cenário, as aplicações em frequências muito altas têm sido exploradas para desenvolver dispositivos com respostas ultrarrápidas. Entre essas aplicações, os sensores ópticos têm sido alvo de extensas pesquisas. Este trabalho utiliza o efeito de ressonância de plasma de superfície (SPR – do inglês Surface Plasmon Resonance) para análise de sensores ópticos baseados em guias ópticos com núcleos quase cristalinos. O efeito SPR ocorre quando uma interface metal-dielétrico é excitada por um sinal de luz em uma frequência específica, denominada frequência plasmônica, induzindo a formação de densos aglomerados de elétrons na região de análise, viabilizando assim a detecção do material. O objetivo deste estudo é propor e analisar quatro novos modelos de sensores plasmônicos derivados de guias ópticos, incluindo fibras ópticas micro estruturadas e guias convencionais. Na primeira abordagem, foi utilizada uma fibra óptica micro estruturada com furos elípticos, explorando duas variações: uma com núcleo estendido e outra com dois núcleos. O segundo estudo envolveu uma fibra óptica tipo D micro estruturada, onde um defeito no núcleo de sílica, foi dopado com diferentes concentrações de dióxido de germânio, para otimizar o efeito de SPR. A terceira estrutura proposta consistiu em um guia óptico do tipo rib com um microcanal acoplado, separado da região de guiamento por uma fina camada de ouro. Por fim, a última estrutura proposta utilizou uma fibra óptica micro estruturada quase periódica, com a introdução de cristal líquido sensível a variações de temperatura para melhorar o acoplamento entre os modos fundamental e plasmônico. Para a avaliar a eficácia dos sensores, foram estudadas as distribuições de campo elétrico (E) e magnético (H), a perda por confinamento (CL – do inglês Confinement Loss) e a sensibilidade espectral, ou sensibilidade de comprimento de onda (WS – do inglês Wavelength Sensitivity). Essas investigações visam contribuir para o desenvolvimento de sensores ópticos avançados, capazes de detectar com precisão variações no índice de refração de materiais em aplicações tanto químicas quanto biológicas (analitos).


  • Mostrar Abstract
  • With the continuous advancement of new technologies in all areas of science, it is essential that the devices used keep up with these advances to guarantee reliable results. In this scenario, applications at very high frequencies have been explored to develop devices with ultra-fast responses. Among these applications, optical sensors have been the subject of extensive research. This work uses the surface plasmon resonance (SPR) effect to analyze optical sensors based on optical guides with almost crystalline cores. The SPR effect occurs when a metal-dielectric interface is excited by a light signal at a specific frequency, called plasmonic frequency, inducing the formation of dense clusters of electrons in the analysis region, thus enabling the detection of the material. The objective of this study is to propose and analyze four new models of plasmonic sensors derived from optical guides, including micro structured optical fibers and conventional guides. In the first approach, a micro structured optical fiber with elliptical holes was used, exploring two variations: one with an extended core and the other with two cores. The second study involved a micro structured D-type optical fiber, where a defect in the silica core was doped with different concentrations of germanium dioxide to optimize the SPR effect. The third proposed structure consisted of a rib-type optical guide with an attached microchannel, separated from the guiding region by a thin layer of gold. Finally, the last proposed structure used a quasi-periodic micro structured optical fiber, with the introduction of a liquid crystal sensitive to temperature variations to improve the coupling between the fundamental and plasmonic modes. To evaluate the effectiveness of the sensors, the electric (E) and magnetic (H) field distributions, the confinement loss (CL – Confinement Loss) and the spectral sensitivity, or wavelength sensitivity (WS – from the English Wavelength Sensitivity). These investigations aim to contribute to the development of advanced optical sensors, capable of accurately detecting variations in the refractive index of materials in both chemical and biological applications (analytes).

2023
Dissertações
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  • IRLETE PEREIRA MOTA ALVES
  • Otimização do Acionamento do Controle Vetorial de Velocidade de um Motor de Indução Trifásico sem Mancais com Enrolamento Dividido

     

  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • JOSSANA MARIA DE SOUZA FERREIRA
  • JOSÉ ÁLVARO DE PAIVA
  • RICARDO FERREIRA PINHEIRO FILHO
  • Data: 03/03/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • O objetivo do controle vetorial é garantir uma resposta rápida de velocidade mesmo com o torque elevado para máquinas de indução, tanto em regime transitório como em regime permanente. Para realizar a implementação de um controle de velocidade em um motor de indução trifásico sem mancais com enrolamento dividido normalmente utiliza-se as três fases para controlar as correntes. Esse procedimento padrão exige uma estrutura completa para o inversor, contendo os três braços, com diversos equipamentos eletrônicos de potência.

    A estratégia apresentada neste trabalho consiste em controlar apenas duas das três correntes disponíveis, obtendo a terceira através da soma das duas anteriores. Com essa alteração são necessários apenas dois braços do inversor, reduzindo consideravelmente os componentes eletrônicos utilizados. Para essa implementação foi utilizado um motor mancal de indução funcionando na posição vertical. 


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  •  
    The objective of vector control is to guarantee a fast speed response even with high torque for induction machines, both in transient and steady state. To implement a speed control in a three-phase induction motor without bearings with split winding, three phases are normally used to control the currents. This standard procedure requires a complete drive structure, containing the three arms, with various power electronics.

    The strategy presented in this work consists of controlling only two of the three available currents, obtaining the third through the sum of the two previous ones. With this change, only two inverter arms are needed, considerably reducing the electronic components used. For this implementation, an induction bearing motor working in the vertical position was used.
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  • JULIANA OLIVEIRA DE MEDEIROS
  • Uso do algoritmo Enxame de Partículas para estimar o erro introduzido por TIs no cálculo da distância de localização de faltas por meio de fasores da frequência fundamental

  • Orientador : MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • JOSE TAVARES DE OLIVEIRA
  • MELINDA CESIANARA SILVA DA CRUZ
  • ROANA D' ÁVILA SOUZA MONTEIRO
  • Data: 10/03/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Um Sistema Elétrico de Potência (SEP) tem como função básica fornecer aos consumidores um produto contínuo e de qualidade. Para isso, padrões de desempenho especificados pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) precisam ser cumpridos pelas empresas concessionárias, de tal forma a garantirem a confiabilidade do fornecimento de energia e a conformidade dos níveis de tensão quando da ocorrência de perturbações e quando da operação normal em regime permanente. Assim, assegura-se que o sistema de energia será capaz de se manter funcionando por mais tempo, inibindo as falhas devido ao desgaste de equipamentos e evitando a ocorrência de perdas financeiras. A fim de atender aos requisitos de confiabilidade e qualidade, os centros de operação de sistemas elétricos possuem servidores de dados com registros oscilográficos oriundos de relés, oscilógrafos e qualímetros instalados nas subestações do sistema. Esses arquivos são, normalmente, utilizados para diversas funções, de proteção ou de análise de qualidade de energia. Com relação à qualidade de energia, os registros oscilográficos são normalmente utilizados para classificação de distúrbios ocorridos na rede elétrica.
    Do ponto de vista da proteção, os arquivos costumam ser utilizados para análise pósoperação
    do funcionamento adequado de relés de proteção ou por algoritmos de localização de faltas. Para tanto, torna-se indispensável que os registros possuam uma base de tempo confiável, de maneira que possam ser considerados sincronizados, quando mais de um registro for necessário em algum algoritmo específico.
    Mesmo considerando que algoritmos eficientes para sincronização de registros e localização de faltas encontram-se disponíveis, não é possível encontrar na literatura um algoritmo para estimar o erro produzido no processo de cálculo da distância de falta, cálculo este realizado segundo a metodologia que adota fasores da frequência fundamental.
    Ressalta-se aqui que os registros osciligráficos disponíveis para cálculo dos fasores são oriundos de amostragem de sinais, coletados por meio de TPs e TCs (TIs), que possuem, inerentemente, erros de relação e de fase, que dependem da classe de exatidão desses instrumentos. Além dos relacionados aos TIs, outros erros podem ser introduzidos pelo processo de amostragem ou composição dos fasores representativos dos sinais amostrados. Dessa forma, faz-se necessário o desenvolvimento de um algoritmo para estimar o erro produzido na determinação da distância de falta, mesmo que essa distância tenha sido determinada a partir de algoritmos confiáveis para sincronização dos registros e para localização da falta. Nesta Dissertação, propõe-se um algoritmo baseado em Enxame de Partículas (PSO) para atender a esse propósito.


  • Mostrar Abstract
  • An Electric Power System (EPS) has the basic function of providing consumers with a continuous and quality product. For this, performance standards specified by ANEEL (National Electric Energy Agency) must be complied with by the concessionaire companies, in such a way as to guarantee the reliability of the energy supply and the conformity of voltage levels when disturbances occur and during operation. normal on a permanent basis. Thus, it ensures that the energy system will be able to keep working for a longer time, inhibiting failures due to equipment wear and avoiding the occurrence of financial losses. In order to meet reliability and quality requirements, the electrical system operation centers have data servers with oscillographic records from relays, oscillographs and qualimeters installed in the system's substations. These files are normally used for various functions, such as protection or power quality analysis. With regard to power quality, oscillographic records are normally used to classify disturbances in the electrical network.
    From a protection point of view, the files are often used for post-operation analysis of the proper functioning of protective relays or for fault location algorithms. Therefore, it is essential that the records have a reliable time base, so that they can be considered synchronized, when more than one record is needed in a specific algorithm. Even considering that efficient algorithms for synchronizing records and locating faults are available, it is not possible to find in the literature an algorithm to estimate the error produced in the process of calculating the fault distance, a calculation performed according to the methodology that adopts phasors from the fundamental frequency.
    It is noteworthy here that the oscillographic records available for calculating the phasors come from sampling signals, collected by means of TPs and CTs (TIs), which inherently have relation and phase errors, which depend on the accuracy class of these instruments. In addition to those related to TIs, other errors can be introduced by the sampling process or composition of the representative phasors of the sampled signals. Thus, it is necessary to develop an algorithm to estimate the error produced in determining the fault distance, even if this distance has been determined from reliable algorithms for synchronizing the records and locating the fault. In this Dissertation, we propose an algorithm based on Particle Swarm (PSO) to meet this purpose.

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  • EVELYN CRISTINA DE OLIVEIRA LIMA
  • MODULADORES SIGMA-DELTA PASSA-BANDA PROGRAMÁVEIS USANDO FILTROS N-PATH

  • Orientador : DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
  • FRANCISCO DE ASSIS BRITO FILHO
  • SEBASTIAN YURI CAVALCANTI CATUNDA
  • Data: 15/03/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • No Rádio Definido por Software (SDR) a maioria das funções analógicas, como a conversão descendente e a seleção de canal são movidas para o domínio digital. Com esses recursos, um SDR pode ser facilmente programado e adaptado a novos padrões. No entanto, sua implementação usando um conversor analógico-digital (ADC) de taxa de Nyquist tem sido desafiadora e com consumo muito elevado, o que o torna impróprio para aplicativos móveis. SDM (Modulador Sigma-Delta) usando ressonadores LC são bem adequados para essa finalidade, pois podem converter uma banda estreita em torno de uma frequência central de radiofrequência (RF). Na literatura, o SDM baseado em LC de alta ordem usa os nós entre os tanques LC para feedforward ou coeficientes de realimentação, de modo a obter a função de transferência de ruído desejada (NTF). Esses nós são geralmente uma fonte adicional de ruído, não linearidade e consumo de energia afetando o desempenho geral do SDM. Neste projeto, tem-se por objetivo explorar as funcionalidades dos filtros N-Path para implementar um Modulador Sigma-Delta passa banda programável que atenda a vários padrões de comunicação. Fez-se, portanto, necessário uma pesquisa bibliográfica e tecnológica sobre o estado da arte de filtro N-path, Moduladores Sigma-Delta de tempo contínuo e tempo discreto.
    Deu-se também o desenvolvimento de modelos de alto nível para diferentes categorias de topologias de Moduladores Sigma-Delta implementados com filtros LC e de tempo discreto para servir de modelos de comparação com a metodologia de projeto da topologia utilizando o filtro N-path proposta neste trabalho. Foi desenvolvido um modelo de alto nível do filtro N-Path e atualmente o trabalho está na etapa de integração do filtro N-path e SDM. Os resultados obtidos a partir da implementação do SDM com filtros LC mostram que o modulador possui uma boa concordância com seu equivalente DT. Em experimentos inicias, a implementação do SDM com circuito RLC equivalente ao filtro N-path mostrou-se promissora ao apresentar resultados semelhantes aos obtidos com a topologia de tempo discreto.


  • Mostrar Abstract
  • In Software Defined Radio (SDR) most analog functions such as downconversion and channel selection are moved into the digital domain. With these features, an SDR can be easily programmed and adapted to new standards. However, its implementation using a Nyquist rate analog-to-digital converter (ADC) has been challenging and very power-hungry, which makes it unsuitable for mobile applications. SDM (Sigma-Delta Modulator) using LC resonators are well suited for this purpose, as they can convert a narrowband around a radio frequency (RF) center frequency. In the literature, high-order LC-based SDM uses nodes between LC tanks for feedforward or feedback coefficients, to obtain the desired noise transfer function (NTF). These nodes are often an additional source of noise, non-linearity, and power consumption, affecting overall SDM performance. In this project, we aim to explore the functionality of N-Path filters to implement a programmable Sigma-Delta Bandpass Modulator that meets various communication standards. Therefore, it was necessary to carry out a bibliographic and technological research on the state of the art of N-path filters, continuous-time and discrete-time Sigma-Delta modulators. There was also the development of high-level models for different topology categories of Sigma-Delta Modulators implemented with LC and discrete-time filters to serve as comparison models with the topology design methodology using the N-path filter proposed in this work. A high-level model of the N-Path filter was developed, and the work is currently in the stage of integrating the N-path filter and SDM. The results obtained from the SDM implementation with LC filters show that the modulator has a good agreement with its DT equivalent. In initial experiments, the implementation of SDM with an RLC circuit equivalent to the N-path filter proved to be promising, presenting results similar to those obtained with the discrete-time topology.

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  • FRANCINALDO DE ALMEIDA PEREIRA
  • Plataforma Data Lake e Analytica para análise de dados COVID-19

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALYSSON NASCIMENTO DE LUCENA
  • DAVI HENRIQUE DOS SANTOS
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • SARAH THOMAZ DE SA ROSSITER
  • Data: 05/04/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Propomos o desenvolvimento de uma plataforma composta por um data lake, a ser implementada como um serviço baseado na web. A ideia principal é que ele possa ser usado por cientistas de dados que trabalham em projetos relacionados ao COVID-19 para acessar o máximo de dados possível em um repositório e poder não apenas analisar esses dados, mas também gerenciar e contribuir com novos dados. . Através desta plataforma, é possível agregar dinamicamente diferentes repositórios de dados relacionados com a pandemia de COVID-19, de forma a disponibilizar aos utilizadores, através de uma interface web, ferramentas de utilização, transformação e colaboração de dados, bem como análise e visualização ferramentas integradas a sistemas de informações geográficas.


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  • We propose to develop a platform consisting of a data lake, to be implemented as a web-based service. The main idea is that it can be used by data scientists working on COVID-19-related projects in order to access as much data as possible in one repository and be able not only to analyze that data but also to manage and contribute to new data. Through this platform, it will be possible to dynamically aggregate different data repositories related to the COVID-19 pandemic, in order to provide users, through a web interface, tools for use, transformation, and collaboration of data, as well as analysis and visualization tools integrated to geographic information systems.

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  • RENAN ARAUJO DE LIMA
  • FERRAMENTAS DE SOFTWARE PARA CAIXA COMPORTAMENTAL PARA O ESTUDO  DE TAREFAS DE DISCRIMINAÇÃO TÁTIL EM ROEDORES

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALMIR KIMURA JUNIOR
  • ANDOUGLAS GONÇALVES DA SILVA JÚNIOR
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • Data: 12/04/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • A área de Neurofisiologia de Comportamentos Sociais em Roedores tem como objetivo geral investigar os correlatos eletrofisiológicos de comportamentos sociais em roedores. Exemplos de estudos na área incluem a investigação de disfunções de processamento neural e plasticidade sináptica em modelos animais de autismo e alterações de plasticidade sináptica em modelos animais de epilepsia. Essa área utiliza equipamentos sofisticados e caros, sendo que algumas das plataformas existentes são de marcas proprietárias, estando obsoletas, e com tecnologia antiga. É proeminente a necessidade de melhoria nesses equipamentos para auxílio à pesquisa, buscando-se alternativas com custo mais barato, de construção aberta, e usando componentes mais atuais. Com esse intuito, neste trabalho propomos melhorias na plataforma de software que recebe dados e controla as operações necessárias nos experimentos usando a caixa comportamental. Especificamente, contribuímos em trẽs frentes. Na primeira, desenvolvemos software visando automação de caixa comportamental em tarefa de discriminação tátil, que, em sua nova versão, usa o microcontrolador Arduino. Ainda, desenvolvemos a parte de software do Sistema Supervisório, em Python, que realiza comunicação com Arduino, para visualização e definição das tarefas a serem realizadas na caixa comportamental. Por fim, desenvolvemos rotinas básicas de visão computacional para localização do roedor dentro do aparato comportamental, indicando sua posição e orientação. Esses desenvolvimentos colaboram para que a caixa possa ser automatizada, diminuindo a interação manual com o experimentador, contribuindo assim para melhorar o processo de estudo de discriminação tátil em roedores.


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  • The area of Neurophysiology of Social Behaviors in Rodents has the general objective of investigating the electrophysiological correlates of social behaviors in rodents. Examples of studies in the area include the investigation of neural processing disorders and synaptic plasticity in animal models of autism and changes in synaptic plasticity in animal models of epilepsy. This area uses sophisticated and expensive equipment, and some of the existing platforms are proprietary brands, obsolete, and using old technology. There is a prominent need to improve this equipment to aid research, seek cheaper alternatives, with open construction, and use more up-to-date components. With that in mind, in this work, we propose improvements in the software platform that receives data and controls the necessary operations in the experiments using the behavioral box. Specifically, we contribute on three fronts. At first, we developed software aimed at automating a behavioral box in a tactile discrimination task, which, in its new version, uses the Arduino microcontroller. Also, we developed the software part of the Supervisory System, in Python, which communicates with Arduino, for visualization and definition of the tasks to be carried out in the behavioral box. Finally, we developed basic computer vision routines for locating the rodent within the behavioral apparatus, indicating its position and orientation. These developments collaborate so that the box can be automated, reducing manual interaction with the experimenter, and thus contributing to improving the process of studying tactile discrimination in rodents.

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  • AZIZ OLOROUN - SHOLA BISSIRIOU
  • Contribuições para Gerenciamento de Energia de Microrredes CA Monofásica Utilizada em Comunidades Isoladas.

  • Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEXANDRE CUNHA OLIVEIRA
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
  • Data: 26/04/2023
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  • As comunidades remotas precisam de assistência para manter um sistema de energia confiável que possa fornecer um fluxo de potência eficiente aos seus consumidores, pois muitas vezes não estão conectadas a grandes sistemas de transmissão. Para atender às necessidades energéticas locais são criados pequenos sistemas de potência, denominados de microrredes. Normalmente, essas microrredes utilizam Fontes de Energia Renováveis RESs (do inglês, Renewable Energy Resources) e Sistemas de Armazenamento de Energia (SAEs) para controlar o fluxo de potência e manter a qualidade da energia dentro do especificado. No entanto, devido à intermitência das fontes renováveis, principalmente as fontes eólica e solar, encontrar a topologia adequada e definir um sistema de gerenciamento de potência para essas microrredes têm sido desafiador. Este trabalho de dissertação apresenta uma metodologia para determinar uma topologia adequada para uma microrrede CA monofásica, a fim de fornecer energia à comunidade de Adjarra/Benin. Além disso, propõe um esquema de gerenciamento de energia para garantir um fluxo de energia confiável, levando em consideração os custos mínimos de implantação e operação da microrrede. Por fim, a viabilidade da operação da microrrede em diferentes cenários é avaliada por meio de experimentos de simulação.


  • Mostrar Abstract
  • Isolated communities require assistance to maintain a reliable power system that can provide an efficient power flow to their consumers, as they are often not connected to a bulk transmission systems. To meet local energy needs, small power systems, called microgrids, are created. Typically, these microgrids use Renewable Energy Resources (RESs) and Energy Storage Systems (ESSs) to control power flow and maintain energy quality within specified limits. However, due to the intermittency of renewable sources, particularly wind and solar, finding the appropriate topology and defining a power management system for these microgrids has been challenging. This dissertation presents a methodology to determine a suitable topology for a single-phase AC microgrid to provide power to the Adjarra/Benin community. Additionally, it proposes an energy management scheme to ensure a reliable energy flow, taking into account the minimum deployment and operation costs of the microgrid. Finally, the viability of microgrid operation under different scenarios is evaluated through simulation experiments.

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  • PEDRO VICTOR ANDRADE ALVES
  • Proposta de uma Plataforma de Teste em Tempo Real Aplicada para E-commerce Tátil

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • LUCILEIDE MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • PATRICIA DELLA MÉA PLENTZ
  • Data: 31/07/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma plataforma de teste, em tempo real, para sistemas associados à área de internet tátil. A proposta consiste em um dispositivo mestre, um canal de comunicação e um dispositivo escravo. O dispositivo mestre é uma luva tátil (tecnologia vestível) que funciona como uma interface tátil baseada em feedback vibratório, responsável por permitir a interação com elementos virtuais ou remotos. Além disso, o canal de comunicação introduz uma conexão bidirecional de latência variável. Por sua vez, o dispositivo escravo padrão é um manipulador robótico Phantom Omni integrado ao ambiente Matlab/Simulink e ao robotics toolbox. A plataforma pode gerar sensações táteis como rugosidade grossa, rugosidade fina, lisura, gotejamento e suavidade.  Adicionalmente, os resultados da proposta foram adequados e permitem testar diversos algoritmos e métodos relacionados à internet tátil. Portanto, o sistema desenvolvido tem a capacidade de servir como base para uma ampla variedade de casos de uso relacionados à internet tátil, proporcionando uma variada oportunidade de exploração e aplicação. Nesse sentido, a plataforma proposta serve como base para um caso de uso focado na exploração tátil das texturas de produtos em um site de e-commerce, permitindo a interação com roupas virtuais por meio de compras online capazes de fornecer estímulos táteis. No cenário desse caso de uso, o dispositivo escravo é um cursor que funciona como um elemento controlado pelo dispositivo mestre e um mouse, o que  permite a interação com diferentes texturas de roupas, gerando sensações táteis específicas na luva tátil. Para aprimorar o desempenho da plataforma, foram introduzidas Virtual Network Functions (VNFs). VNFs são processos virtualizados implementados e executados em serviços de cloud, capazes de melhorar a escalabilidade e agilidade de uma rede, além de permitir uma utilização mais eficiente dos recursos de infraestrutura. Nas redes móveis de Quinta Geração (5G), as conexões de internet tátil estão associadas aos serviços de comunicação ultraconfiável de baixa latência (URLLC). Essa categoria apresenta desafios devido aos seus requisitos rigorosos de latência a poucos milissegundos, baixa probabilidade de perda de pacotes e alta disponibilidade da rede. Assim, a aplicação de VNFs durante as conexões de internet tátil em redes 5G permite ajustar os parâmetros de conexão para manter uma boa conectividade, garantindo o critério de baixa latência e um alto grau de realismo nas interações táteis. Consequentemente, o uso de VNFs nas comunicações URLLC tem como objetivo atender aos requisitos dos sistemas de internet tátil, mantendo um nível aceitável de Qualidade de Experiência (QoE), que é uma métrica definida pelo Telecommunication Standardization Sector como o grau de satisfação ou incômodo dos usuários com um aplicativo ou serviço.


  • Mostrar Abstract
  • This work aimed to develop a real-time test platform for systems associated with the tactile internet area. The proposal comprises a master device, a communication channel and a slave device. The master device is a tactile glove (wearable technology) that works as a tactile interface based on vibratory feedback, responsible for enabling interaction with virtual or remote elements. Additionally, the communication channel introduces a bidirectional connection of variable latency. In turn, the default slave device is a robotic Phantom Omni manipulator integrated with the Matlab/Simulink environment and the robotics toolbox. The platform can generate tactile sensations such as coarse roughness, fine roughness, smoothness, dripping and softness. Furthermore, the results of the proposal have been adequate and allow testing various algorithms and methods related to tactile internet.  Therefore, the developed system has the capacity to serve as a basis for a wide variety of use cases related to tactile internet, providing a diverse opportunity for exploration and application. In this sense, the proposed platform serves as a foundation for a use case focused on tactile exploration of product textures on an e-commerce website, enabling interaction with virtual clothing through online shopping capable of providing tactile stimuli. In the scenario of this use case, the slave device is a cursor that functions as an element controlled by the master device and a mouse, which allows interaction with different clothing textures, generating specific tactile sensations on the tactile glove. In order to enhance the platform performance, Virtual Network Functions (VNFs) were introduced. VNFs are virtualized processes implemented and executed in cloud services, capable of enhancing the scalability and agility of a network, while also enabling more efficient utilization of infrastructure resources. In Fifth Generation (5G) mobile networks, tactile internet connections are associated with ultra-reliable low-latency communications (URLLC) services. This category poses challenges due to its stringent requirements of low latency in a few milliseconds, low packet loss probability, and high network availability. Thus, the application of VNFs during tactile internet connections in 5G networks allows for adjustments of connection parameters to maintain good connectivity, ensuring the low-latency criterion and a high degree of realism in tactile interactions. Consequently, the use of VNFs in URLLC communications aims to fulfill the requirements of tactile internet systems while maintaining an acceptable level of Quality of Experience (QoE), which is a metric defined by the Telecommunication Standardization Sector as the degree of satisfaction or annoyance of users with an application or service.

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  • JESSIKA CRISTINA DA SILVA
  • Análise de Desempenho de Mecanismos de Adaptação de Taxa para Redes LoRaWAN em Cenários de Criação de Gado em Semi-Confinamento

  • Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • ÁLVARO AUGUSTO MACHADO DE MEDEIROS
  • Data: 01/08/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Este trabalho tem como objetivo investigar mecanismos de Adaptação da Taxa de Transmissão (ADR) em redes com dispositivos LoRa como solução para cenários dinâmicos  IoT e também  propor uma nova solução com base nas investigações realizadas. A estratégia de ADR padrão, definida no protocolo de rede LoRaWAN, é uma técnica simples que permite o ajuste da taxa de transmissão por meio da leitura do valor de SNR (Relação Sinal-Ruído) e/ou RSSI (Indicador de Intensidade do Sinal Recebido). Devido a multiplicidade e dinamicidade de cenários IoT, é necessária a investigação de técnicas de ADR que estabeleçam um bom compromisso entre cobertura e capacidade. Esta dissertação visa investigar cenários IoT de criação de gado em semi-confinamento, principalmente quando o cenário é variante com o tempo (surgimento de demanda concentrada de tráfego, rede com sensores móveis, por exemplo). Resultados preliminares usando o simulador ns-3 demonstram a necessidade de adaptar dinamicamente os parâmetros do ADR, pois cada cenário requer diferentes estratégias de ADR (ou diferente parametrização de estratégias pré-existentes).  Por fim, se propõe a adaptação de algoritmos clássicos de ADR para promover flexibilidade entre cobertura e capacidade em tais cenários


  • Mostrar Abstract
  • This work aims to investigate Adaptive Data Rate (ADR) mechanisms in LoRaWAN networks as a solution for dynamic IoT scenarios and also propose a new solution based on latter investigations. The standard ADR technique, defined in the LoRaWAN network protocol, is a simple technique that allows an adjustment of transmission rate by reading the SNR (Signal-to-Noise Ratio) value. Due to the multiplicity and dynamics of IoT scenarios, it is necessary to investigate ADR techniques that establish a good compromise between coverage and capacity. This thesis aims to investigate IoT scenarios of livestock in semi-confinement, especially in time-varying scenarios (emergence of concentrated traffic demand, network with mobile sensors, for example). Preliminary results using the ns-3 simulator demonstrate the need to dynamically adapt the ADR parameters, as each scenario requires different ADR strategies (or different parameterization of pre-existing strategies). Finally, we propose an adaptation of classic ADR algorithms to promote flexibility between coverage and capacity in such scenarios.

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  • CASIMIRO WAETE AGOSTINHO
  • Orientação Automática de Módulos Solares Fotovoltaicos para o Acompanhamento do Movimento Sazonal do Sol Utilizando Controle Inteligente

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JOÃO TEIXEIRA DE CARVALHO NETO
  • ROMÊNIA GURGEL VIEIRA
  • Data: 09/08/2023

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  • Os seguidores solares, além de servirem de suporte para os módulos fotovoltaicos, seguem o movimento do sol ao longo do dia e procuram manter o plano dos módulos fotovoltaicos perpendicular aos raios de sol, aumentando assim o desempenho do módulo fotovoltaico. Com objetivo de demonstrar a eficácia do uso do método de orientação automática dos módulos solares fotovoltaicos no acompanhamento do movimento sazonal do sol, como forma de melhorar a produção da energia. Este trabalho faz análise de dois sistemas: um com seguidor solar e outro de eixo fixo, pelo que compõe duas partes: a primeira, foi simulada duas usinas fotovoltaicas com rastreamento solar e de eixo fixo a partir do software PVsyst composto num total de vinte módulos, nesta, através dos resultados obtidos, mostrou que o seguidor solar melhorou a eficiência da produção da energia elétrica, onde o mesmo teve um ganho de 25,97% durante o dia e um ganho anual de 25,6% a mais que um sistema fixo. Na segunda parte, apresenta uma proposta de um sistema de ras- treamento solar automático (com controlador) e de eixo fixo (sem controlador) baseado nas equações dos ângulos do movimento do sol, este foi modelado através do software matlab/simulink usando lógica fuzzy como controlador, com o objetivo de avaliar o aproveitamento da radiação solar, ao longo do dia, e com propósito de construir um sistema real, que tenha a mesma caraterística da simulação proposta. O ganho deste sistema, foi cerca de 17% à 35% em algumas horas durante dia para sistema com controlador. Esta pesquisa mostrou, nos dois software que, os sistemas fotovoltaicos que acompanham o movimento do sol durante o dia e ao longo do ano são mais eficiêntes em relação aos sistemas de eixo fixo, porque estes aproveitam melhor a radiação solar.


  • Mostrar Abstract
  • Solar trackers, besides serving as support for photovoltaic modules, follow the move- ment of the sun throughout the day and try to keep the plane of the photovoltaic modules perpendicular to the sun’s rays, thereby increasing the performance of the photovoltaic module. With the aim of demonstrating the effectiveness of using the automatic orien- tation method of photovoltaic solar modules in following the seasonal movement of the sun as a way of improving energy production, this work analyzes two systems: a solar tracker and a fixed-axis system. The first part simulates two photovoltaic plants with solar tracking and fixed-axis systems using the software PVsyst, consisting of a total of twenty modules. The results show that the solar tracker improved the efficiency of electricity production, with a gain of 25.97% during the day and an annual gain of 25.6% more than a fixed system. The second part presents a proposal for an automatic solar tracking system (with a controller) and a fixed-axis system (without a controller) based on the equations of the sun’s movement angles. This was modeled using the software Matlab/Simulink using Fuzzy logic as the controller, with the aim of evaluating the use of solar radiation throughout the day and to build a real system with the same characteristics as the pro- posed simulation. The gain of this system was approximately 17% to 35% during some hours of the day for the system with a controller. Both software simulations showed that photovoltaic systems that track the movement of the sun during the day and year are more advantageous compared to fixed-axis systems because they take better advantage of solar radiation.

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  • ALEXANDRE HENRIQUE SOARES DIAS
  • Promovendo a Relevância da Pesquisa: Um Modelo Baseado em Processamento de Linguagem Natural para Identificação de Publicações Acadêmicas Alinhadas aos ODS

  • Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LIVY MARIA REAL COELHO
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • EDUARDO ALMEIDA SOARES
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • OLIVIA MORAIS DE MEDEIROS NETA
  • Data: 31/08/2023
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • Em 2015, as Nações Unidas estabeleceram os 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) para promover o cuidado ambiental, o avanço econômico e a equidade social. Dentro desse contexto, a pesquisa científica desempenha um papel fundamental na abordagem dos desafios abrangidos pelos ODS. Uma ferramenta exemplar, o SciVal, facilita a correlação dos resultados científicos com os ODS por meio de análises especializadas. No entanto, a fim de mitigar a dependência de conhecimento especializado e oferecer uma solução autônoma, este projeto propõe um modelo de classificação multi-alvo baseado em processamento de linguagem natural, aprendizado profundo de máquina, técnicas de interpretabilidade e boas práticas para o desenvolvimento e análise de fluxos de dados. O objetivo é mapear efetivamente as publicações acadêmicas aos ODS. Ao empregar esse modelo proposto, o imenso potencial da pesquisa acadêmica pode ser explorado, alinhando-o diretamente à agenda global para o desenvolvimento sustentável. Pesquisadores, formuladores de políticas e organizações podem navegar habilmente pelo extenso campo de artigos de pesquisa e identificar aqueles que se harmonizam com suas áreas de interesse específicas dentro do quadro dos ODS. Mais de um milhão de publicações científicas foram utilizadas para treinar e avaliar o modelo. O corpus compreendeu títulos de publicações extraídas do banco de dados Scopus, acessado por meio da ferramenta SciVal, e anotadas com relação a 16 dos 17 ODS. Para comprovar a eficácia do modelo proposto, ele foi aplicado para associar as publicações do Congresso Brasileiro de Automação (CBA 2020) aos ODS, mensurando assim a contribuição dos esforços científicos na automação para o alcance dos ODS. Os resultados no contexto do CBA 2020 revelaram temas predominantes relacionados aos ODS 7 e 9, que dizem respeito à energia limpa e à inovação industrial, respectivamente. Considerando o amplo conjunto de dados de treinamento e a abrangência dos ODS abordados, o modelo pode ser aplicado com confiança para relacionar a produção acadêmica de diversas áreas aos ODS.


  • Mostrar Abstract
  • In 2015, the United Nations established the 17 Sustainable Development Goals (SDGs) to promote environmental stewardship, economic advancement, and social equity. Within this framework, scientific research plays a pivotal role in addressing the challenges encompassed by the SDGs. An exemplary tool, SciVal, facilitates the correlation of scientific outputs with the SDGs through expert analyses. However, in order to mitigate the reliance on specialized expertise and offer a self-reliant solution, this endeavor proposes a natural language processing-based, deep machine learning-powered, multi-target classification model bolstered by interpretability techniques and good practices for the development and analysis of data streams.. The objective is to effectively map academic publications to the SDGs. By employing this proposed model, the vast potential of scholarly research can be harnessed, directly aligning it with the global agenda for sustainable development. Researchers, policymakers, and organizations can adeptly navigate the extensive landscape of research papers and identify those that harmonize with their specific areas of interest within the SDG framework. Over one million scientific publications were utilized to train and evaluate the model. The corpus encompassed publication titles extracted from the Scopus database, accessed via the SciVal tool, and annotated with respect to 16 of the 17 SDGs. To substantiate the efficacy of the proposed model, it was applied to associate publications from the Brazilian Automation Congress (CBA 2020) with the SDGs, thereby measuring the contribution of scientific endeavors in automation towards the attainment of the SDGs. The outcomes within the context of CBA 2020 revealed prevalent themes affiliated with SDGs 7 and 9, relating to clean energy and industrial innovation, respectively. Given the extensive training data and the comprehensive range of SDGs addressed, the model can confidently be deployed to correlate academic output from diverse domains with the SDGs.

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  • JÚLIA DA LUZ ANDRADE SILVA
  • Medição e Avaliação da Exposição à Radiação Não Ionizante em Ambientes Internos

  • Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • HUMBERTO DIONISIO DE ANDRADE
  • Data: 22/09/2023

  • Mostrar Resumo
  • É fundamental monitorar os níveis de Radiação Não-Ionizante (RNI) que a população em geral pode estar exposta e compará-los com os limites definidos nas normas vigentes, tendo em vista a rápida ascensão dos serviços de telecomunicação e as perspectivas de um sociedade extremamente conectada. Ambientes internos (indoor), como residências e shoppings, são locais que atendem aos interesses das medições, devido principalmente a presença de diferentes fontes de RNI e a localização dessas fontes em relação aos usuários finais. Este trabalho apresenta medições de RNI em um \textit{shopping center} e em residências em Natal, RN, Brasil. No \textit{shopping}, foi proposto um conjunto de seis pontos de medição, seguindo dois critérios: locais com grande fluxo de pessoas e presença de um ou mais Distributed Antenna System (DAS), co-localizados ou não com pontos de acesso Wi-Fi. Os resultados são apresentados e discutidos em termos de distância do DAS (condições: perto e longe) e densidade de fluxo de pessoas no shopping (cenários: baixo e alto número de pessoas). A maior média e maior pico de campo elétrico medidos foram 1,96 e 3,26~V/m, correspondendo respectivamente a 5\% e 8\% dos limites definidos pela Comissão Internacional de Proteção contra Radiações Não Ionizantes (ICNIRP) e Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL). Nas residências, foram realizadas medições em 40 pontos de acesso Wi-Fi em que o maior nível de exposição foi de 4,66 V/m (7,64\% do limite), verificado para a rede carregada de 2,4 GHz (Situação 1). Os resultados são discutidos em relação a situações de conectividade, marca e tempo de uso do equipamento. Também foram realizadas medições em 51 fornos de micro-ondas, dos quais somente um excedeu 50~W/m² (limite determinado nas normas vigentes), vazamento o qual foi provocado pela presença de ferrugem que comprometeu a estrutura da porta. Dessa forma, foi proposto dois tipos de reparos: uso de massa epóxi para preencher a abertura na porta (Reparo 1) e troca da superfície externa do forno (Reparo 2). Somente o Reparo 1 solucionou o problema do vazamento com média de 0,1841 W/m² e pico de 0,4222 W/m². Quanto aos 50 demais fornos de micro-ondas, foram apresentados os resultados de densidade de potência relacionando com fatores como posição do pior ponto medido, marca, tempo de uso e estado de conservação do aparelho.


  • Mostrar Abstract
  • It is essential to monitor the levels of Non-Ionizing Radiation (NIR) that the general population may be exposed to and compare them with the limits defined in current regulations, bearing in mind the rapid rise of telecommunication services and the perspectives of an extremely connected. Indoor environments (\textit{indoor}), such as residences and shopping malls, are places that meet the interests of measurements, mainly due to the presence of different NIR sources and the location of these sources about end users. This work presents NIR measurements in a \textit{shopping center} and residences in Natal, RN, Brazil. At shopping, a set of six measurement points was proposed, following two criteria: places with a large flow of people and the presence of one or more Distributed Antenna System (DAS), co-located or not with Wi-Fi access points. The results are presented and discussed in terms of distance from the DAS (conditions: near and far) and flow density of people in the mall (scenarios: low and high number of people). The highest mean and highest peak electric fields measured were 1.96 and 3.26~V/m, corresponding respectively to 5\% and 8\% of the limits defined by the International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) and Agency National Telecommunications Agency (ANATEL). In the homes, measurements were taken at 40 Wi-Fi access points where the highest exposure level was 4.66 V/m (7.64\% of the limit), verified for the network load on the network of 2.4 GHz (Situation 1), at a value of 4.66 V/m (7.64\% of the limit). The results are discussed regarding the measurement situation, brand and time of use of the equipment. Measurements were also carried out in 51 microwave ovens. Only one exceeded 50~W/m² (limit determined in current regulations), caused by rust that compromised the door's structure. Thus, two types of repairs were carried out: the use of epoxy putty to fill the opening in the door (Repair 1) and the replacement of the outer surface of the oven (Repair 2). Only Repair 1 solved the leakage problem with an average of 0.1841 W/m² and a peak of 0.4222 W/m². As for the other 50 microwave ovens, the relation between power density and factors such as worst point, brand, time of use and state of conservation of the device were analyzed.

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  • ARTHUR DINIZ FLOR TORQUATO FERNANDES
  • Técnicas de Aprendizado de Máquina para a predição de eventos extremos de Sobreirradiancia

  • Orientador : ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • DANIEL LOPES MARTINS
  • IGNACIO SANCHEZ GENDRIZ
  • SAMIRA DE AZEVEDO SANTOS EMILIAVACA
  • Data: 22/09/2023
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • O presente trabalho de dissertação tem como foco a previsão da Sobreirradiância em intervalos de até cinco minutos, por meio da aplicação de técnicas de aprendizado de máquina. A Sobreirradiância, um fenômeno no qual a irradiância solar observada na superfície terrestre excede as expectativas para um cenário de céu limpo, tem suscitado interesse em estudos relacionados à energia solar e ao seu impacto em sistemas de geração fotovoltaica. Até o momento desta pesquisa, não foram identificados estudos dedicados à utilização de técnicas de Aprendizado de Máquina para prever esse fenômeno.

    O âmago deste estudo reside na previsão da ocorrência da Sobreirradiância. Para atingir esse propósito, o desempenho de quatro algoritmos de aprendizado de máquina distintos foi minuciosamente avaliado: Random Forest, SVM (Máquinas de Vetores de Suporte), MLP (Rede Perceptron de Múltiplas Camadas) e LSTM (Redes Neurais Long Short-Term Memory). Este trabalho procura preencher a lacuna de pesquisa ao explorar a viabilidade e eficácia desses algoritmos para prever a Sobreirradiância, contribuindo assim para o entendimento e a aplicação prática desse fenômeno em sistemas solares.


  • Mostrar Abstract
  • The current dissertation is centered on the forecasting of Overirradiance within intervals of up to five minutes, achieved through the utilization of machine learning methodologies. Overirradiance, a phenomenon characterized by solar irradiance surpassing anticipated values under clear-sky conditions at the Earth's surface, has generated scholarly interest within the sphere of solar energy research and its implications for photovoltaic power generation systems. To date, no dedicated studies investigating the application of Machine Learning techniques for forecasting this phenomenon have been identified.

    In pursuit of this aim, the performance of four distinct machine learning algorithms has been meticulously examined: Random Forest, Support Vector Machines (SVM), Multilayer Perceptron (MLP), and Long Short-Term Memory (LSTM) neural networks. The present study endeavors to bridge a lacuna in research by scrutinizing the feasibility and efficacy of these algorithms in predicting Overirradiance events, thereby augmenting the comprehension and pragmatic application of this phenomenon within solar energy systems.

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  • TAYNÁ ARRUDA CÂMARA DA SILVA SALVIANO
  • Uma Abordagem para Geração e Visualização de Regras de Associação de Acesso a Conteúdos de Portal de Notícias

  • Orientador : LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL GOUVEIA COSTA
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • Data: 05/12/2023
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • Esta dissertação tem como objetivo propor e validar uma  abordagem para geração e visualização de regras de associação e regras de sequências obtidas a partir dos dados de
    histórico de acesso de conteúdo de uma revista brasileira. A abordagem proposta é composta de quarto fases: análise exploratória de dados (EDA- Exploratory Data Analisis),
    pré-processamento dos dados, geração de regras de associação e sequência e visualização dos resultados.  Para geração das regras de associação, foram utilizados os algoritmos Apriori e o FP-Growth. Para a geração de regras de sequência, utilizou-se o algoritmo SPADE. Foram utilizados gráficos de coordenadas paralelas para visualização das regras de associação e grafos para visualização das regras de sequência. Assim, um aspecto
    destacado da abordagem proposta é a visualização das regras obtidas utilizando-se recursos gráficos para potencializar a análise dos resultados no apoio a decisões de negócio e contribuir com o mapeamento do perfil de acesso dos usuários. A proposta foi validada utilizando-se dados advindos de acesso de usuário de um portal digital de notícias.


  • Mostrar Abstract
  • This work aims to propose and validate an approach for the generation and visualization of association rules and sequence rules obtained from the content access history data of a Brazilian journal. The proposed approach is composed of four phases: exploratory data analysis (EDA), data preprocessing, generation of association and sequence rules, and visualization of results. The algorithmsAprioriand FP-Growth were used to generate the association rules. To generate sequence rules, the algorithm used was SPADE. Parallel coordinate graphs were used to visualize the association rules and graphs for visualization of sequence rules. An outstanding aspect of the proposed approach is the visualization of the rules obtained using graphic resources to enhance the analysis of the results in support of business decisions and contribute to mapping the users’ access profile. The proposal was validated by using data from user access to a digital news portal.

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  • RAQUEL NUNES PEREIRA
  • Desenvolvimento de Sensores DGS para Avaliação da Umidade em Materiais Utilizados na Construção Civil

  • Orientador : VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • CRISTHIANNE DE FATIMA LINHARES DE VASCONCELOS
  • FRANCISCO DE ASSIS BRITO FILHO
  • KLEBER CAVALCANTI CABRAL
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 20/12/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • O acompanhamento da umidade desempenha um papel crucial na indústria da construção civil, assegurando a longevidade dos materiais e prevenindo potenciais problemas estruturais. Neste estudo, é feita a análise e o desenvolvimento de estruturas planares utilizando a técnica defect ground structure (DGS) e ressoador de duas portas, para aplicações de sensoriamento. O princípio de funcionamento consiste na variação das frequências de ressonância dos elementos estudados quando a permissividade relativa do material em teste (MUT) é alterada. A efetividade do sensor é comprovada através da análise de materiais com constantes dielétricas previamente conhecidas que validam sua aplicabilidade. Neste projeto, sua aplicação é direcionada para a determinação da porcentagem de água presente em três tipos de agregados e para o monitoramento da perda de água em corpos de prova feitos de argamassa com traços distintos. Os protótipos foram fabricados e os resultados das medições foram comparados para identificar aquele com melhor sensibilidade. Por fim, os dispositivos construídos foram comparados com os resultados de outros estudos, comprovando a eficácia do sensor proposto.


  • Mostrar Abstract
  • Humidity monitoring is essential in the construction industry to ensure the durability of materials and prevent structural problems. In this study, the analysis and development of planar structures using the defect ground structure (DGS) technique and two-port resonator, for sensing applications, are performed. The operating principle consists of varying the resonant frequencies of the studied elements when the relative permittivity of the material under test (MUT) is changed. The effectiveness of the sensor is proven through the analysis of materials with previously known dielectric constants that validate its applicability. In this project, its application is directed to the determination of the percentage of water present in two samples of dry sand and to the monitoring of water loss in three specimens made of mortar. The prototype was manufactured and the preliminary results obtained in the measurements were compared with the results of other works, certifying the effectiveness of the presented sensor.

Teses
1
  • LUCILEIDE MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • Hardware Proposal of Evolutionary Algorithm for Outlier Detection in Streaming Applications

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IGNACIO SANCHEZ GENDRIZ
  • LEONARDO ALVES DIAS
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • SERGIO NATAN SILVA
  • Data: 12/01/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • A quantidade de dados em tempo real, como séries temporais e dados de streaming, continua crescendo. Analisar esses dados no momento em que chegam pode trazer um imenso valor agregado. No entanto, também requer muito esforço computacional e novas técnicas de aceleração. Como possível solução para este problema, propomos uma arquitetura de hardware para o algoritmo Tipicality and Excentricity Data Analytic (TEDA) implementado em Field Programmable Gate Arrays (FPGA) para streming de dados. O TEDA é baseado em uma nova abordagem para detecção de outliers no contexto do fluxo de dados. O projeto sugerido tem uma entrada de dados totalmente paralela de N elementos e uma arquitetura de pipeline de 3 estágios para reduzir o caminho crítico e, assim, otimizar a taxa de transferência. Para validar as propostas, são apresentados resultados de ocupação, throughput e eficiência energética do hardware proposto. Em comparação com outras plataformas de software, o projeto atingiu uma velocidade de até 693x, com uma taxa de transferência de até 10,96 MSPs (Mega Sample Per second) com uma potência dinâmica de 16mW. Além disso, resultados são apresentados para diferentes cenários de aplicação com multiplos sensores, desde aplicações em ambientes da Indústria 4.0 até Internet of Medical Things (IoMT). Este trabalho é pioneiro na implementação em hardware da técnica TEDA em hardware especializado.


  • Mostrar Abstract
  • The amount of data in real-time, such as time series and streaming data, continues to grow. Analysing this data the moment it arrives can bring immense added value. However, it also requires much computational effort and new acceleration techniques. As a possible solution to this problem, we propose a hardware architecture for Typicality and Eccentricity Data Analytic (TEDA) algorithm implemented on Field Programmable Gate Arrays (FPGA) for data streaming. TEDA is based on a new approach to outlier detection in the data stream context. The suggested design has a full parallel input of N elements and a 3-stage pipelined architecture to reduce the critical path and thus optimise the throughput. To validate the proposals, results of the occupation, throughput and power efficiency of the proposed hardware are presented. Compared to other software platforms, the design reached a speed of up to 693x, with a throughput of up to 10.96 MSPs (Mega Sample Per second) with a dynamic power of 16mW. Besides, the bit-accurate simulation results are also presented for different application scenarios with multiple sensors ranging from applications in Industry 4.0 environments to the Internet of Medical Things (IoMT). This work is a pioneer in the hardware implementation of the TEDA technique in specialised hardware.

2
  • ELVIS MEDEIROS DE MELO
  • Learning Analytics e Avaliações Online: Uma Metodologia Orientada a Ciência de Dados em Grafos

  • Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BETANIA LEITE RAMALHO
  • DANIEL GOUVEIA COSTA
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • RAYMUNDO CARLOS MACHADO FERREIRA FILHO
  • Data: 24/01/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • A avaliação desempenha papel importante como instrumento sistemático de correção de falhas e promoções de acertos de um processo de aprendizagem. Ela é um dos tripés da escolarização dos estudantes, juntamente com o currículo e o processo de ensino e aprendizagem. Tendo em vista a nova realidade com o ensino online (e-learning) difundido em maior escala devido a pandemia de Covid-19, a Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) institucionalizou a plataforma Multiprova para dar suporte nos processos de avaliação online na instituição. Com a informatização dos processos de avaliação, desafios de Learning Analytics (LA) e necessidade de uso de novas técnicas, como a ciência de dados em grafos. Sendo assim, a tarefa de entender como os estudantes se comportam, identificar perfis dos alunos e obter insights por meio de registros de resoluções das avaliações online é um campo de pesquisa de LA que pode ser otimizado com metodologia orientada a ciência de dados em grafos. Sendo assim, com o uso de técnicas de LA, como Machine Learning (ML), existe a necessidade de transformar modelos interpretáveis na educação. Para isso, técnicas de visualização de dados e eXplainable Artificial Intelligence (XAI) precisam ser consideradas. Partindo dessa realidade, surge a hipótese da tese: É possível utilizar dados de registros de resolução de avaliações online para obtenção de insights sobre o processo de aprendizagem e perfis de estudantes utilizando técnicas de LA, como modelagem de grafos e ML? Para tanto, é apresentado o quadro de fundamentação teórica acerca dos temas que compõem o objeto de estudo, como grafos, LA e avaliações online. Dentre os resultados, uma revisão sistemática da literatura apontou 40 trabalhos envolvendo LA e avaliações online, porém, nenhum trabalho utilizou métricas grafos com técnicas de LA, como ML para analisar o desempenho dos estudantes, além disso, dois estudos de caso foram modelados segundo uma proposta metodologia orientada a dados em grafos. Percebemos a importância do uso de features de grafos em técnicas de LA na identificação de insights sobre a aprendizagem dos estudante considerando a sua jornada na avaliação online, assim como uso de métricas de grafos e XAI para a interpretação dos resultados.


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  • Evaluation plays an extremely important role as a systematic instrument for correcting failures and promoting successes in the learning process. It is one of the tripods of the students' schooling, along with the curriculum and the teaching and learning process. In view of the new reality with online education (e-learning) spread on a larger scale due to the Covid-19 pandemic, the Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN) institutionalized the Multiprova platform to support online evaluation processes in the institution. With the computerization of evaluation processes, Learning Analytics (LA) challenges and the need to use new techniques, such as graph data science. Thus, the task of understanding how students behave, identifying student profiles, and gaining insights through online evaluation resolution records is a field of LA research that can be optimized with graph data science methodology. With the use of LA techniques such as Machine Learning (ML), there is a need to transform interpretable models in education. For this, data visualization and eXplainable Artificial Intelligence (XAI) techniques need to be considered. Based on this reality, the thesis hypothesis arises: Is it possible to use data from online evaluation resolution logs to obtain insights into the learning process and student profiles using LA techniques such as graph modeling and ML? To this end, the theoretical framework about the topics that make up the object of study is presented, such as graphs, LA and online evaluations. Among the results, a systematic literature review pointed to 40 papers involving LA and online evaluations, but no papers used graph metrics with LA techniques such as ML to analyze student performance. Thus, two case studies were modeled according to the proposed graph data science methodology. We realized the importance of using graph features in LA techniques in identifying insights about student learning considering their journey in online evaluation, as well as graph metrics and XAI for the interpretation of the results.

3
  • JONATHA REVOREDO LEITE DA FONSÊCA
  • APLICAÇÃO DE PROTEÇÃO ADAPTATIVA EM CHAVEAMENTOS CORRETIVOS NA ELIMINAÇÃO DE SOBRECARGAS CONSIDERANDO RESTRIÇÃO DE PROTEÇÃO

  • Orientador : MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARRHENIUS VINICIUS DA COSTA OLIVEIRA
  • JOSE JULIO DE ALMEIDA LINS LEITAO
  • MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MARCOS ANTONIO DIAS DE ALMEIDA
  • MELINDA CESIANARA SILVA DA CRUZ
  • RENATO MACHADO MONARO
  • Data: 08/02/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • O uso da técnica de Chaveamentos Corretivos visando eliminação de sobrecargas em sistemas elétricos, abordado em diversos estudos nas últimas décadas, mostrou ser uma medida de controle do fluxo de carga bastante eficaz. Alguns desses trabalhos são baseados em teorias de circuitos elétricos ou em metodologias de Funções de Alívio. O chaveamento da rede resulta na modificação da configuração do sistema e, por consequência, os níveis de curto-circuito dos barramentos são alterados. Essas alterações podem levar a uma operação não segura da rede, quando não há uma devida adequação dos parâmetros de ajustes da proteção, já que as funções de proteção de sobrecorrente são baseadas nos valores das correntes nominais e das correntes de curto-circuito, que são definidos previamente nos estudos de proteção. O uso da técnica de Proteção Adaptativa possibilita o recálculo em tempo real dos parâmetros de proteção da rede, para qualquer configuração imposta, possibilitando a operação da rede com ajustes otimizados da proteção. O presente trabalho objetiva implementar a técnica de Chaveamentos Corretivos, utilizando, como condição de restrição na escolha das variantes de chaveamento,os ajustes dos parâmetros de proteção da rede. Caso se verifique que a operação da rede não seja segura para a configuração proposta pelas variantes de alívio, são definidos os novos ajustes das proteções da rede, bem como a coordenação e seletividade, implementando assim a técnica de Proteção Adaptativa. A reconfiguração da rede é feita de forma automática através da técnica de Self Healing.


  • Mostrar Abstract
  • The use of Corrective Switching technique to eliminate overloads in electrical systems, addressed in several studies in the last decades, has proved to be a very effective load flow control technique. Some of these studies are based on electrical circuit theories or Relief Function methodologies. Network switching causes changes to the system configuration and consequently the short-circuit levels of the buses are changed. These changes can lead to a network insecure operation when the protection parameters are not modified, since the overcurrent protection functions are based on the values of the rated currents and the short-circuit currents, which are previously defined in the protection studies. Adaptive Protection techniques makes it possible to recalculate the network protection parameters in real time, for any system configuration, enabling network operation with optimized protection settings. The purpose of this workis to implement the Corrective Switching technique, using, as a restriction condition in the choice of switching variants, the adjustments of the network protection parameters. If the network operation is not safe for the configuration proposed by the relief variants, new network protection parameters are calculated, as well as coordination and selectivity, is adopted and the Adaptative Protection technique is implemented. The network is automatically reconfigured through the Self Healing technique. 

4
  • DANIEL RODRIGUES DE LUNA
  • Particionamento Adaptativo de Banda em Sistemas 5G NR Utilizando Solução de Aprendizado de Máquina

  • Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRÉ MENDES CAVALCANTE
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • WALTER DA CRUZ FREITAS JÚNIOR
  • Data: 13/02/2023
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • A quinta geração (5G NR) da rede de comunicação do 3GPP propõe uma variedade de casos de uso, que vão desde as comunicações móveis em banda larga melhoradas (eMBB) até comunicações ultra confiáveis e de baixíssimo atraso (URLLC), além das comunicações massivas entre máquinas (mMTC). A introdução da flexibilização na utilização da largura de banda é um dos requisitos críticos das tecnologias 5G. Como tal, o conceito de partições de largura de banda, as \acp{bwp}, foi introduzido para dar flexibilidade, mudanças rápidas de configurações e economia de energia para os UEs, que não precisam de toda a largura de banda disponível para suas aplicações, usando assim apenas uma parte dela. O caso de uso que mais pode se beneficiar desse recurso é o mMTC, caracterizado por seu grande número de dispositivos e pela necessidade de baixo consumo de energia. Este trabalho propõe uma solução de aprendizado por reforço de adaptação de parte da largura de banda em cenários mMTC para economizar energia e melhorar as estatísticas do sistema. Primeiramente, é apresentado o assunto tratado, além de apresentar uma seção completa de trabalhos relacionados com os trabalhos mais recentes, destacando a lacuna nesta área de pesquisa. Além disso, uma breve abordagem teórica do 5G é apresentada como parte da base deste trabalho. Em seguida, o modelo do sistema e os principais parâmetros do sistema são descritos, juntamente com a ferramenta de simulação utilizada, o ns-3 NR 5G-LENA, no qual campanhas de calibração são realizadas para validar o seu uso. Em seguida, é detalhado o cenário de investigação no qual é possível aplicar a solução baseada na abordagem de aprendizado por reforço (RL). Na sequência, o uso de soluções descentralizadas e centralizadas é proposto, bem como novas campanhas usando ambas as soluções propostas de adaptação de parte da largura de banda baseada em RL. A campanha dos resultados finais mostra os ganhos obtidos em relação a abordagem tradicional fixa. Por fim, os artigos publicados e as principais discussões desta tese são reunidas ao final.


  • Mostrar Abstract
  • The fifth generation (5G NR) of the 3GPP communication network proposes a variety of use cases, ranging from improved mobile broadband communications (eMBB) to ultra-reliable low latency communications (URLLC), in addition to massive communications between machines (mMTC). Introducing flexibility in bandwidth utilization is one of the critical requirements of 5G technologies. As such, the concept of bandwidth parts is introduced to give flexibility, fast-changing configurations, and energy saving to UEs that do not need the whole bandwidth available by using just a part of it. The use case that can benefit from this feature is mMTC, characterized by its massive number of devices and the need for small power consumption. This work proposes a reinforcement learning solution of bandwidth part adaptation in mMTC scenarios to save energy and improve system statistics. Firstly, the subject and a complete section of related works with the more recent papers are introduced, highlighting the gap in this area of research. In addition, a brief theoretical approach to 5G is presented as part of the basis of this work. Then, the system model and main system parameters are described, along with the simulation tool used, the ns-3 NR 5G-LENA, in which calibration campaigns are carried out to validate its use. Afterward, we detail the investigation scenario in which we can apply the reinforcement learning (RL) solution. After decentralized and centralized solutions are proposed, new campaigns are created using both proposed RL-based bandwidth part adaptation solutions. The final results campaign shows the gains attained compared to a traditional fixed approach. Finally, the papers published and the main discussions of this thesis are gathered in the end.

5
  • RAFAEL LUCAS DA SILVA FRANCA
  • One-Terminal TravelingWave-Based Protection for HVAC and HVDC Transmission Lines

  • Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DIRK VAN HERTEM
  • FELIPE VIGOLVINO LOPES
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • KAI STRUNZ
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • WASHINGTON LUIZ ARAUJO NEVES
  • Data: 28/02/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • This work proposes the development of one-terminal traveling wave-based transmission line
    protection methods for HVAC (High Voltage Alternating Current) and HVDC (High Voltage
    Direct Current) systems. The effect of the sampling frequency on the protection is considered,
    which until now has not yet been investigated for one-terminal methods. Inaccuracies on the
    wave velocity estimations, which classically yields to problems on methods based on traveling
    waves, are addressed and solutions to such problem are presented. The proposed methods have
    been evaluated by means of computer simulations. The proposed earth fault distance protection
    for HVAC transmission lines was evaluated using a real commercial relay with time domain
    based protection functions. The results related to the proposed earth fault distance protection
    for HVAC transmission lines show that the proposed function, when associated with other existing
    protection functions, can achieve a quite remarkable enhancement for the dependability and
    velocity of the transmission line protection. The results concerning the method based on traveling
    wave reflections show that it is possible to protect most point-to-point transmission lines in
    a fast way, without the need for communication, and independent of the estimation of the wave
    speed. Finally, the results concerning distance protection for meshed HVDC systems demonstrate
    the applicability of the proposed method for such systems. The method showed operating
    time below 2 ms for a line of 500 km length. This operation time meets the likely requirements
    that HVDC meshed systems will present. In addition, the method presented selectivity for a
    4-terminal system interconnected by 5 transmission lines.


  • Mostrar Abstract
  • This work proposes the development of one-terminal traveling wave-based transmission line
    protection methods for HVAC (High Voltage Alternating Current) and HVDC (High Voltage
    Direct Current) systems. The effect of the sampling frequency on the protection is considered,
    which until now has not yet been investigated for one-terminal methods. Inaccuracies on the
    wave velocity estimations, which classically yields to problems on methods based on traveling
    waves, are addressed and solutions to such problem are presented. The proposed methods have
    been evaluated by means of computer simulations. The proposed earth fault distance protection
    for HVAC transmission lines was evaluated using a real commercial relay with time domain
    based protection functions. The results related to the proposed earth fault distance protection
    for HVAC transmission lines show that the proposed function, when associated with other existing
    protection functions, can achieve a quite remarkable enhancement for the dependability and
    velocity of the transmission line protection. The results concerning the method based on traveling
    wave reflections show that it is possible to protect most point-to-point transmission lines in
    a fast way, without the need for communication, and independent of the estimation of the wave
    speed. Finally, the results concerning distance protection for meshed HVDC systems demonstrate
    the applicability of the proposed method for such systems. The method showed operating
    time below 2 ms for a line of 500 km length. This operation time meets the likely requirements
    that HVDC meshed systems will present. In addition, the method presented selectivity for a
    4-terminal system interconnected by 5 transmission lines.

6
  • JOSE WANDERSON OLIVEIRA SILVA
  • Caixa Comportamental Aprimorada para Análise de Tarefas de Discriminação Tátil em Roedores

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON ABNER DE SANTANA SOUZA
  • ANDOUGLAS GONÇALVES DA SILVA JÚNIOR
  • BRUNO MARQUES FERREIRA DA SILVA
  • JULIO CESAR PAULINO DE MELO
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • Data: 10/03/2023

  • Mostrar Resumo
  • Entre os trabalhos de pesquisa realizados com roedores na área de Neurociência, destacam-se os estudos comportamentais. Para a realização desses estudos, são geralmente usadas plataformas fechadas e controladas nas quais o roedor é inserido, sendo elaboradas tarefas, dependendo do estudo, devendo o mesmo realizá-las. Para estudar o aprendizado de comportamentos a partir de discriminação tátil, por exemplo, as tarefas geralmente vêm acompanhadas de uma recompensa normalmente seguindo o modelo de aprendizado por reforço. Essas plataformas são normalmente conhecidas como caixas comportamentais. Na presente proposta, temos como objetivo melhorar as metodologias e técnicas usadas nesta área de pesquisa, desenvolvendo novas técnologias para este tipo de estudo, incluindo automatização de alguns procedimentos com a caixa comportamental voltados para as tarefas de discriminação tátil. Fizemos alguns testes iniciais de uma caixa comportamental, usando um modelo computacional de simulação física, a partir dos quais desenhamos uma nova estrutura para a plataforma, com os espaços e materiais melhor elaborados, e utilizando apenas componentes que podem ser comprados no mercado ou desenvolvidos facilmente. Nossa hipótese demonstrada é que esta nova estruturação para a caixa comportamental melhora o estudo de modelos relativos ao sistema sensoriomotor de maneira mais refinada. Por exemplo, a plataforma pensada possibilita o controle com mais precisão da abertura das barras de discriminação, que atualmente não é feito de modo satisfatório. O modelo final permite também desenhar experimentos mais complexos de tomada de decisões utilizando o sistema de câmeras e sensores, permitindo uma melhor avaliação do desempenho dos roedores. Isso inclui melhorias na determinação da quantidade de acertos nas tarefas realizadas nos estudos em questão. Logo, como contribuição prática principal, acreditamos que o presente estudo proporciona que laboratórios que trabalham com este tipo de pesquisa possam desfrutar de uma ferramenta de baixo custo e com facilidade de desenvolvimento. Todo o material e documentos desenvolvidos estão disponibilizados em uma plataforma colaborativa multiusuário.


  • Mostrar Abstract
  • Among the research works carried out with rodents in the area of Neuroscience, behavioral studies stand out. In order to carry out these studies, closed and controlled platforms are generally used in which the rodent is inserted, and tasks are elaborated, depending on the study, which the rodent must carry out. To study the learning of behaviors from tactile discrimination, for example, tasks are usually accompanied by a reward, normally following the reinforcement learning model. These platforms are commonly known as behavioral boxes. In this proposal, we aim to improve the methodologies and techniques used in this research area, developing new technologies for this type of study, including the automation of some procedures with the behavioral box aimed at tactile discrimination tasks. We did some initial tests of a behavioral box, using a computational model of physical simulation, from which we designed a new structure for the platform, with the best-elaborated spaces and materials, and using only components that can be bought in the market or easily developed. Our demonstrated hypothesis is that this new structure for the behavioral box improves the study of models related to the sensorimotor system in a more refined way. For example, the platform design enables more precise control of the opening of the discrimination bars, which is currently not done satisfactorily. The final model also allows for the design of more complex decision-making experiments using the camera and sensor system, allowing a better evaluation of rodent performance. This includes improvements in determining the number of correct answers in the tasks performed in the studies in question. Therefore, as a main practical contribution, we believe that the present study provides that laboratories that work with this type of research can enjoy a low-cost tool that is easy to develop. All material and documents developed are available on a multi-user collaborative platform.

7
  • DIEGO DA SILVA PEREIRA
  • Rede Multi-VANT Softwarizada e Resiliente Aplicada à Varredura de Área de Impacto de Foguetes

  • Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AUGUSTO JOSE VENANCIO NETO
  • CARLOS MANUEL DIAS VIEGAS
  • HELBER WAGNER DA SILVA
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • TADEU FERREIRA OLIVEIRA
  • Data: 14/04/2023
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • O procedimento de varredura de área da provável região de impacto é uma etapa obrigatória da

    fase de pré-lançamento de qualquer foguete. O objetivo é coibir a presença de embarcações não

    autorizadas, evitando eventuais acidentes e, consequentemente, a preservação de vidas 

    humanas. Considerando o alto custo operacional desse procedimento, normalmente executado 

    por uma aeronave P-95, o projeto SpaceVANT II propôs a execução da varredura de área a partir 

    de uma frota de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) que, atuando de forma cooperativa, tem 

    a capacidade de executar a missão com menor custo e complexidade operacional. Nesse 

    contexto, é fundamental a constituição de uma rede de comunicação apta a assegurar a troca de 

    informações entre as aeronaves que integram o sistema. Uma das alternativas mais utilizadas 

    para prover essa rede de comunicação é a utilização de procolos de redes ad hoc móveis 

    (MANET) adaptados para redes ad hoc aéreas (FANET). Contudo, gerenciar o comportamento 

    dinâmico desse tipo de rede com o objetivo de minimizar desconexões e viabilizar as condições 

    necessárias para o funcionamento das aplicações embarcadas nas aeronaves não é trivial e tem 

    encontrado limitações nas soluções adotadas. Nessa perspectiva, esta tese propôs um 

    gerenciamento baseado no conceito de Redes Definidas por Software (Software Defined 

    Networking - SDN) chamado SD-FANET. Modelado em uma arquitetura distribuída e hierárquica, 

    plano de controle SD-FANET permite um gerenciamento centralizado e atribui ao controlador a 

    capacidade de programar os comutadores, alterando o encaminhamento dos dados a partir de 

    uma visão holística da rede softwarizada. A abordagem SDN permite a utilização de diferentes 

    algoritmos de seleção de caminhos, que agrega mais flexibilidade e aprimoramento ao processo 

    de encaminhamento. Para validação da solução proposta foram realizados experimentos no 

    ambiente emulado provido pelo Mininet-Wifi e uma prova de conceito a partir de uma prototipação 

    utilizando um protocolo de comunicação desenvolvido para viabilizar a transmissão de imagens 

    em enlaces de comunicação ZigBee embarcados em drones DJI Phanton 3 Standard. Os 

    resultados mostraram que o throughput obtido pelo SD-FANET foi 22,2% superior aos protocolos 

    MANET e 5,4% em relação ao controlador default. Quanto ao mecanismo de resiliência, 

    observou-se que o tempo médio de recuperação foi de, aproximadamente, 1,5 s.



  • Mostrar Abstract
  • The scanning area procedure of the probable impact region is a mandatory step in the pre-launch 

    phase of any rocket. The objective is restrict the presence of unauthorized vessels, avoiding 

    possible accidents and, consequently, preserv human lives. Considering the high operational cost 

    of this procedure, normally performed by a P-95 aircraft, the SpaceVANT II project proposed the 

    execution of the area scan by a fleet of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) that, acting in a 

    cooperative way, have the ability to execute the mission with lower cost and operational complexity. 

    In this context, it is essential to create a communication network able to ensure the exchange of 

    information between the aircraft that make up the system. One of the most used alternatives to 

    provide this communication network is mobile ad hoc network (MANET) protocols adapted for 

    flying ad hoc networks (FANET). However, managing the dynamic behavior of this type of network 

    in order to minimize disconnections and enable the necessary conditions for the operation of 

    applications on board aircraft is not simple and has found limitations in the solutions adopted. In 

    this perspective, this thesis proposed a management based Software Defined Networking (SDN) 

    called SD-FANET. Design on a distributed and hierarchical architecture, the SD-FANET control 

    plane allows centralized management and assigns the controller the ability to program the 

    switches, changing the data forwarding from a holistic view of the network. The SDN approach 

    allows the use of different path selection algorithms, which adds more flexibility and improvement 

    to the forwarding process. To validate the proposed solution, experiments were carried out in the 

    emulated environment provided by Mininet-Wifi and a proof of concept based on a prototype using 

    a communication protocol developed to enable transmission of images in ZigBee communication 

    links embedded in DJI Phantom 3 Standard drones. The results showed that the throughput 

    obtained by SD-FANET was 22.2% better than MANET protocols and 5.4% in relation to the local 

    SDN controller. The average recovery time provides by resilience mechanisms was about 1.5 s.


8
  • SAMUEL BELARMINO DE PAIVA
  • Simulação e Projeto de Antenas MIMO para Aplicações nas Tecnologias UWB, 5G e em Smartphones


  • Orientador : ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • ALEXANDRE JEAN RENE SERRES
  • CUSTÓDIO JOSÉ DE OLIVEIRA PEIXEIRO
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 23/05/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Este trabalho apresenta três antenas MIMO (multiple-input multiple-output) para aplicações em sistemas modernos de comunicações sem fio. A primeira antena MIMO proposta possui dimensões compactas, alta isolação entre as portas e pode ser utilizada para aplicações em wireless local area network (WLAN); a segunda antena MIMO proposta é uma antena MIMO miniaturizada, com alta isolação entre as portas e que pode ser utilizada em aplicações de ultra-wideband (UWB); a terceira antena MIMO proposta pode ser utilizada para aplicações em smartphones e dão suporte às bandas inferior e superior do WLAN, assim como também do 5G. Dentre as vantagens que o 5G oferece, pode-se destacar velocidades ultrarrápidas, baixa latência, grande capacidade de canal, alta eficiência espectral e densidade de conexão massiva. Com isso, as antenas MIMO vêm sendo bastante estudadas para aplicações nessa tecnologia, pois elas podem aumentar consideravelmente a taxa de transmissão de dados e a capacidade de canal, devido a capacidade de canal ser proporcional ao número de antenas utilizadas na transmissão e recepção, assim como também pode melhorar a confiabilidade do link de sistemas de comunicações wireless através da transmissão e recepção de dados em múltiplos percursos. As antenas MIMO propostas foram projetadas usando o software ANSYS HFSS para caracterização numérica, e os protótipos foram fabricados com dielétrico FR-4 e medidos, apresentando boa concordância entre os resultados simulados e medidos. Um parâmetro chave de desempenho de antenas MIMO, o envelope correlation coefficient (ECC), é analisado e apresenta bons resultados para as três antenas MIMO propostas. Além disso, para a antena proposta para aplicações em smartphones, o efeito causado pela proximidade das mãos do usuário é investigado, que é um parâmetro de desempenho extremamente importante


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  • This work presents three MIMO (multiple-input multiple-output) antennas for applications in modern wireless communication systems. The first proposed MIMO antenna has compact dimensions, high isolation between ports and can be used for wireless local area network (WLAN) applications; the second proposed MIMO antenna is a miniaturized MIMO antenna, with high isolation between the ports and which can be used in ultra-wideband (UWB) applications; the proposed third MIMO antenna can be used for smartphone applications and covers the lower and upper WLAN bands, as well as 5G band. Among the advantages that 5G offers, we can highlight ultra-fast speeds, low latency, large channel capacity, high spectral efficiency and massive connection density. Then, MIMO antennas have been extensively studied for applications in this technology, because they can considerably increase the data rate and the channel capacity, due to the channel capacity being proportional to the number of antennas used in transmission and reception, as well they can also improve the link reliability of wireless communications systems through multi-path data transmission and reception. The proposed MIMO antennas were designed using ANSYS HFSS software for numerical characterization, and the prototypes were manufactured with FR-4 dielectric and measured, showing good agreement between simulated and measured results. A key performance parameter of MIMO antennas, the envelope correlation coefficient (ECC), is analyzed and presents good results for the three proposed MIMO antennas. Furthermore, for the proposed antenna for smartphone applications, the effects caused by the user's hands are investigated, which is an extremely important performance parameter.

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  • JOÃO MARIA ARAÚJO DO NASCIMENTO
  • Diagnóstico das Condições de Operação e Falhas de Sensor em Poços operando por Bombeio Mecânico utilizando Machine Learning

     
  • Orientador : ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON LUIZ DE OLIVEIRA CAVALCANTI
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • CARLA WILZA SOUZA DE PAULA MAITELLI
  • FABIO SOARES DE LIMA
  • OSCAR GABRIEL FILHO
  • RUTACIO DE OLIVEIRA COSTA
  • Data: 16/06/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Em campos petrolíferos com muitos poços operando por bombeio mecânico, devido à falta de diagnóstico precoce das condições de operação ou falhas de sensores, vários problemas podem passar despercebidos. Os referidos problemas podem gerar grandes perdas, como aumento do tempo de inatividade, aumento do OPEX (Despesas Operacionais), diminuição da eficiência e perda de produção. Na prática, a identificação e o diagnóstico das condições de operação são realizados a partir de cartas dinamométricas de superfície e fundo, por meio de padrões pré-estabelecidos, com esforço visual humano nos centros de operação. Essa tarefa exige muito tempo e trabalho, além de exigir experiência, pois pode ser influenciada por fatores subjetivos. Porém, nos últimos anos, com as facilidades inerentes aos algoritmos de Aprendizado de Máquina - Machine Learning (ML), várias pesquisas realizadas sobre o assunto alcançaram bons resultados no diagnóstico de condições de operação, evidenciando que ML pode ser utilizado para esse fim. Todavia, ainda é comum a existência de dúvidas sobre o nível de dificuldade da tarefa de classificação de cartas dinamométricas, o melhor algoritmo, o melhor descritor de formas, as melhores métricas e qual o impacto dos conjuntos de dados desequilibrados. Na busca por respostas a essas questões, neste trabalho foram utilizados dados reais de 38 poços operando por bombeio mecânico da região de Mossoró, RN, Brasil. Mais de 50.000 cartas foram classificadas por especialistas e distribuídas em oito modos de operação e duas falhas de sensor, comuns neste campo. Sessenta testes foram realizados e divididos em sete grupos. Três algoritmos foram testados (com e sem sintonia de hiperparâmetro): Árvore de decisão, \emph{Random Forest} e XgBoost, além de pipelines fornecidos via Automated Machine Learning (AutoML). Os descritores utilizados foram: descritores de Fourier e descritores Wavelet, além dos valores de carga da carta dinamométrica de fundo. Conjuntos de dados balanceados e desbalanceados também foram testados. Os resultados confirmam a viabilidade da aplicação de ML para diagnóstico de condições de operação e falha de sensores em sistemas de bombeio mecânico, uma vez que 75% dos testes alcançaram acurácia acima de 92% e foi alcançada uma acurácia de 99,84%.

     
     

  • Mostrar Abstract
  • In oil fields with many wells operating by Sucker-rod pumping, due to the lack of early diagnosis of operating conditions or sensor faults, several problems can go unnoticed. These problems can generate large losses, such as increased downtime, increased OPEX (Operational Expenditure), decreased efficiency and lost production. In practice, the identification and diagnosis of operating conditions are carried out from surface and downhole dynamometric cards, using pre-established standards, with human visual effort in the operation centers. This task requires a lot of time and work, in addition to requiring experience, as it can be influenced by subjective factors. However, in recent years, with the facilities inherent to Machine Learning (ML) algorithms, several researches on the subject have achieved good results in the diagnosis of operating conditions, showing that ML can be used for this purpose. However, it is still common to have doubts about the difficulty level of the dynamometer card classification task, the best algorithm, the best shape descriptor, the best metrics and what is the impact of the imbalanced datasets. In the search for answers to these questions, this work used real data from 38 wells operating by sucker-rod pumping in the region of Mossoró, RN, Brazil. More than 50,000 cards have been classified by specialists and distributed in eight modes of operation and two common sensor faults in this field. Sixty tests were performed and divided into seven groups. Three algorithms were tested (with and without hyperparameter tuning): Decision Tree, Random Forest and XgBoost, in addition to pipelines provided by Automated Machine Learning (AutoML). The descriptors used were: Fourier descriptors and Wavelet descriptors, in addition to the load values of the downhole dynamometric card. Balanced and imbalanced datasets were also tested. The results confirm the feasibility of applying ML for diagnosis of operating conditions and sensor faults in sucker-rod pumping systems, since 75% of the tests reached accuracy above 92% and a maximum accuracy was 99.84%.

     
     
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  • JOSE KLEITON EWERTON DA COSTA MARTINS
  • Um novo método para sintonia de controladores PID não lineares sob restrições usando modelo Fuzzy Takagi-Sugeno

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRÉ FELIPE OLIVEIRA DE AZEVEDO DANTAS
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • LEANDRO LUTTIANE DA SILVA LINHARES
  • WALLACE MOREIRA BESSA
  • Data: 26/06/2023

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  • Majoritariamente, os controladores existentes nas indústrias são da família PID (Proporcional-Integral-Derivativo) desenvolvidos para sistemas lineares, apesar de os processos serem não lineares. Por isso, apresentam perda de desempenho significativa quando atuam fora do ponto de operação para o qual foram projetados. Uma alternativa de controlador é o chamado PDC (Compensador Paralelo Distribuído) que, a partir de um modelo Fuzzy Takagi-Sugeno, resulta em um controlador não linear.

    O modelo Fuzzy Takagi-Sugeno é intrinsecamente não linear, devido às funções de pertinência que compõem sua estrutura. Com isso, esse modelo pode representar sistemas não lineares de tal forma que, a partir do modelo físico do sistema, é possível obter um modelo Fuzzy Takagi-Sugeno que o represente de forma exata, o que contribui para a obtenção do PDC. O modelo Fuzzy Takagi-Sugeno pode ser representado pela composição de modelos locais. Na metodologia do controlador PDC são projetados controladores locais, que pode ser um PID, para cada modelo local, assim apresenta a mesma estrutura de regras do modelo Fuzzy Takagi-Sugeno, ou seja, o controlador compartilha as mesmas funções de pertinência.

    Normalmente, a garantia de estabilidade do PDC leva em consideração uma função de Lyapunov quadrática como candidata permitindo assim que seja testada por desigualdades matriciais lineares (LMIs) que são solucionáveis usando algoritmos eficientes de otimização convexa. Entretanto, funções de Lyapunov poliédricas vêm apresentando vantagens em relação à função quadrática, sobretudo no que se refere a satisfação de restrições nas variáveis de estado, entrada e saída mostrando sua potencialidade em ser utilizada para a garantir estabilidade e desempenho de um sistema controlador por PDC. Em vista disso, este trabalho propõe um método baseado em otimização para a sintonia de controladores Proporcional-Integral (PI) para sistemas não lineares sujeitos a restrições na variável controlada e saturação do atuador. São apresentadas condições para que um poliedro contido no conjunto de restrições seja invariante em relação a um sistema em malha fechada com um controlador sujeito a saturação. Estas condições são usadas na formulação de um problema de programação bilinear cuja solução fornece os parâmetros do controlador que satisfaz as restrições e um conjunto invariante associado. Ao longo do desenvolvimento do trabalho foram exploradas diversas variações da técnica principal e mostradas suas vantagem e desvantagem através dos resultados.

    Os resultados são apresentados em exemplos numéricos. Começando pelos sistemas lineares e testando os controladores I-P e um PI tradicional com um filtro na referência, explorando os estudos de caso com: permissão de saturação, restrições de estados, sistema com atraso de transporte, sistemas de ordem elevada, problema servo e regulador. Em seguida exploramos os sistemas não lineares testando sistemas com e sem o termo afim e controladores com e sem otermo feedforward, explorando os estudos de caso com: permissão de saturação, restrições nos estados e problema servo. Os resultados mostram que o método desenvolvido obtém uma sintonia para o controlador que não viola nenhuma restrição de estado e permite saturação, ilustrando assim sua eficiência.


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  • Most of the existing controllers in industries are from the PID family (Proportional-Integral-Derivative) developed for linear systems, although the processes are non-linear. Therefore, they present a significant loss of performance when operating outside the operating point for which they were designed. An alternative controller is the so-called PDC (Distributed Parallel Compensator) which, based on a Fuzzy Takagi-Sugeno model, results in a non-linear controller.

    The Fuzzy Takagi-Sugeno model is intrinsically non-linear, due to the membership functions that make up its structure. Thus, this model can represent nonlinear systems in such a way that, from the physical model of the system, it is possible to obtain a Fuzzy Takagi-Sugeno model that represents it exactly, which contributes to obtaining the PDC. The Fuzzy Takagi-Sugeno model can be represented by the composition of local models. In the PDC controller methodology, local controllers are designed, which can be a PID, for each local model, thus presenting the same rules structure as the Fuzzy Takagi-Sugeno model, that is, the controller shares the same membership functions.

    Normally, the PDC stability guarantee considers a quadratic Lyapunov function as a candidate, thus allowing it to be tested for linear matrix inequalities (LMIs) that are solvable using efficient convex optimization algorithms. However, polyhedral Lyapunov functions have shown advantages over the quadratic function, especially with regard to satisfying constraints on state, input and output variables, showing their potential to be used to guarantee stability and performance of a PDC-controlled system. In view of this, this work proposes an optimization-based method for tuning Proportional-Integral (PI) controllers for nonlinear systems subject to constraints on the controlled variable and actuator saturation. Conditions are presented for a polyhedron contained in the set of constraints to be invariant with respect to a closed-loop system with a controller subject to saturation. These conditions are used in the formulation of a bilinear programming problem whose solution provides the controller parameters that satisfy the constraints and an associated invariant set. Throughout the development of the work, several variations of the main technique were explored and their advantages and disadvantages were shown through the results.

    The results are presented in numerical examples. Starting with linear systems and testing I-P controllers and a traditional PI controller with a filter for the reference, we explore case studies with: saturation allowance, state constraints, time-delay, high order systems, servo and regulator problem. Then we explore nonlinear systems testing systems with and without the affine term and controllers with and without the feedfoward term, exploring case studies with: saturation permission, state constraints and servo problem. The results show that the developed method obtains a tuning for the controller that does not violate any state constraint and allows saturation, thus illustrating its efficiency.

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  • MAGNO MEDEIROS DE ARAÚJO
  • Projeto e Análise de um Biosensor Plasmônico para Medição de Glicerol em Aplicações Point-of-Care

  • Orientador : JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • IGUATEMI EDUARDO DA FONSECA
  • VITALY FÉLIX RODRÍGUEZ ESQUERRE
  • Data: 27/07/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • O avanço nos processos de manufatura em pastilhas de silício tem possibilitado a integração entre os campos da eletrônica e fotônica. Para os setores de tecnologia, a informação não será mais processada com elétrons, mas sim com fótons, proporcionando maiores taxas de processamento e transmissão. Neste contexto, o setor de saúde e bem-estar, por exemplo, irão dispor de novos equipamentos, permitindo o monitoramento e o diagnóstico de forma remota e individual, potencializando a prevenção e o tratamento de doenças.  Desta forma, esta pesquisa propõe o desenvolvimento de um dispositivo fotônico, em conjunto com o grafeno e uma estrutura plasmônica, para monitoramento dos níveis de glicerol em substâncias aquosas. Inicialmente são abordados conceitos relativos aos dispositivos fotônicos, bem como suas diferentes aplicações. Além disso, os cristais fotônicos, dispositivos plasmônicos e o uso do grafeno em guias ópticos são apresentados. Em seguida, descreve-se a metodologia utilizada no desenvolvimento da pesquisa, tratando-se sobre a modelagem e simulação desenvolvidas. Os resultados são apresentados e analisados, como o comportamento espectral da estrutura desenvolvida em diversas concentrações de glicerol, que reforçam o potencial para aplicações no ponto de atendimento, devido a simplicidade de construção e tamanho reduzido.


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  • The manufacturing processes advancement in silicon wafers has enabled integration between electronics and photonics. Data will no longer be processed with electrons for the technology sectors but with photons, providing higher processing and transmission rates. In this context, the health and well-being sectors, for example, will have new equipment, allowing remote and individual monitoring and diagnosis, enhancing the prevention and treatment of diseases. Thus, this research proposes a photonic device with graphene applied and a surface plasmon resonance structure for sensing applications. Initially, they are concepts related to photonic devices and their different applications. Photonic crystals, plasmonic devices, graphene, and their use in optical guides are also presented. Then, the methodology used in the research development is explained, dealing with modeling and simulation. The results are presented and analyzed as the structure’s spectral behavior for different glycerol concentrations, which reinforces the potential for point-of-care applications considering its compactness and simplicity of construction.

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  • FILIPE CAMPOS DE ALCANTARA LINS
  • Odometria Planar Direta com Câmera Estéreo

  • Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • VALDIR GRASSI JUNIOR
  • ADELARDO ADELINO DANTAS DE MEDEIROS
  • ANDERSON ABNER DE SANTANA SOUZA
  • MARCELO BORGES NOGUEIRA
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • Data: 28/07/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Metodologias contemporâneas de Odometria Visual (OV) são geralmente criadas a partir de abordagens baseadas em pontos para estimar a pose da câmera e uma representação do ambiente explorado. Direct Sparse Odometry (DSO) é a técnica baseada em pontos mais popular de uma classe de abordagens chamada de métodos diretos. Muitos trabalhos apresentaram melhorias na área de OV baseada em pontos usando as características da DSO como fundamentos dessas abordagens. No entanto, apenas recentemente, dois novos métodos monoculares, inspirados no DSO e baseados em planos foram apresentados. A primeira abordagem utiliza um estimador de planos baseado em aprendizagem profunda para gerar estimativas iniciais de plano, o que pode levar a problemas de otimização. A segunda abordagem restringe a detecção de planos às orientações horizontal e vertical, o que a torna mais adequada para ambientes estruturados.

    Esta tese apresenta uma técnica de OV estéreo baseada em planos - Direct Planar Odometry (DPO) - que emprega planos como características em uma estrutura de otimização de janela deslizante e utiliza quatérnio dual unitário como parâmetro de pose. Nossos experimentos mostram que o método proposto obteve resultados comparáveis aos da abordagem DSO para câmeras estéreo.


  • Mostrar Abstract
  • Contemporary Visual Odometry (VO) methodologies generally are created upon point-based approaches to estimate the camera's pose and a representation of the environment explored. Direct Sparse Odometry (DSO) is the most popular point-based technique of a class of approaches called direct methods. Many works presented improvements in the point-based VO area using DSO characteristics as the fundamentals of these approaches. However, only recently, two new monocular plane-based DSO have been presented. The first approach utilizes a learning-based plane estimator to generate initial plane estimates, which may lead to optimization issues. The second approach restricts plane detection to horizontal and vertical orientations, making it more suitable for structured environments.

    This thesis presents a stereo plane-based VO technique - Direct Planar Odometry (DPO) - that employs planes as features in a Sliding window optimization framework and utilizes unit dual quaternion as the pose parameter. Our experiments show that the proposed methods achieved comparable results to the Stereo DSO point-based approach.

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  • MICHEL SANTANA DE DEUS
  • AMPLIFICADOR INTEGRADOR PROGRAMÁVEL POR PULSO PARA SISTEMAS EM CHIP

  • Orientador : SEBASTIAN YURI CAVALCANTI CATUNDA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • VALNER JOÃO BRUSAMARELLO
  • DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
  • FERNANDO RANGEL DE SOUSA
  • RAIMUNDO CARLOS SILVÉRIO FREIRE
  • SEBASTIAN YURI CAVALCANTI CATUNDA
  • Data: 28/07/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Este trabalho é um aprofundamento de estudos anteriores e apresenta a pesquisa e desenvolvimento de um amplificador integrador com ganho programável por largura de pulso para sistemas em chip. Uma das principais vantagens da arquitetura do PGA proposto é que ela utiliza poucos componentes e o número dos valores de ganho é independente da área ocupada pelo circuito. Além disso a arquitetura permite ser configurada para a operação com sinais de terminação única ou para sinais diferenciais.

     

    Antes do início do desenvolvimento do Circuito Integrado (CI), foram obtidas equações que definem as incertezas do circuito e realizados projeto, simulação e desenvolvimento de um circuito discreto o qual passou por uma série de experimentos a fim de validar a arquitetura proposta.

     

    A implementação da arquitetura em CI tem como objetivo alcançar uma maior frequência de operação, permitindo sua utilização em uma maior gama de aplicações. O circuito integrado foi projetado utilizando a tecnologia CMOS de 0,18 µm da TSMC, apresentando uma dissipação de energia média de 123,2 µW e ocupando uma área de aproximadamente 0,065 mm2.

     

    Foram realizadas simulações transientes com e sem ruído, DC, AC, PSS, PAC, Corner e de Monte Carlo, sendo avaliadas médias, incertezas, erros relativos e absolutos referentes a diversos parâmetros. Isso sugere que o circuito foi cuidadosamente projetado e testado, e os resultados apresentados fornecem uma base sólida para a aplicação do PGA proposto em uma ampla variedade de aplicações de condicionamento analógico.


  • Mostrar Abstract
  • This work is an extension of previous studies and presents the research and development of a pulse width programmable gain integrating amplifier for chip systems. One of the main advantages of the proposed PGA architecture is that it uses few components and the number of gain values is independent of the circuit area. In addition, the architecture can be configured to operate with single-ended or differential signals.

     

    Before starting the Integrated Circuit (IC) development, equations defining the uncertainties of the circuit were obtained and a discrete circuit was designed, simulated, and developed, which went through a series of experiments to validate the proposed architecture.

     

    The implementation of the architecture in an IC aims to achieve higher operating frequencies, allowing its use in a wider range of applications. The integrated circuit was designed using the TSMC 0.18 µm CMOS technology, presenting an average power dissipation of 123.2 µW and occupying an area of approximately 0.065 mm2.

     

    Transient simulations were performed with and without noise, DC, AC, PSS, PAC, Corner, and Monte Carlo, evaluating means, uncertainties, relative and absolute errors related to various parameters. This suggests that the circuit was carefully designed and tested, and the presented results provide a solid basis for the application of the proposed PGA in a wide range of analog conditioning applications.

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  • ÁLVARO PINTO FERNANDES DE NEGREIROS
  • Arquitetura de controle baseada em subsunção de alto nível para veículos de superfície autônomos movidos a vela

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDUARDO CHARLES VASCONCELLOS
  • DAVI HENRIQUE DOS SANTOS
  • ESTEBAN WALTER GONZALEZ CLUA
  • JOAO MORENO VILAS BOAS DE SOUZA SILVA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • Data: 04/08/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Propomos uma arquitetura de controle de alto nível para uma Embarcação Autônoma de Superfície (USV) projetada para superar os desafios associados à execução de missões sob condições climáticas variadas e com autonomia energética. O projeto é construído com base no entendimento de que, embora várias técnicas de controle de baixo nível estejam prontamente disponíveis como código-fonte aberto, ainda existe a necessidade de uma arquitetura de controle de alto nível. Essa arquitetura facilita a criação de um veleiro resiliente e versátil, capaz de lidar com qualquer missão sem exigir que o usuário domine detalhes de navegação, procedimentos navais ou casos de borda. A solução proposta envolve o desenvolvimento de uma arquitetura de controle inspirada na arquitetura subsunção e centrada em comportamentos hierárquicos. Essa estrutura incorpora uma variedade de comportamentos especializados adaptados a diferentes contextos, cada um dos quais é estabelecido usando técnicas de aprendizado por reforço (PPO). Uma combinação do ambiente de simulação Gazebo com o framework ROS para treinamento foi utilizada para validar a arquitetura proposta. Essa simulação permite a replicação digital dos comportamentos da embarcação, o que simplifica o processo de implementação e mitiga os desafios e custos vinculados às operações de navegação no mundo real. Os resultados deste estudo indicam que a arquitetura de controle de alto nível foi bem-sucedida em um veleiro virtual, tanto na verificação de percursos de perímetro quanto nos testes de longa distância. Isso sugere que o USV está equipado para navegar em diversas situações que pode encontrar em missões do mundo real.


  • Mostrar Abstract
  • We propose a high-level control architecture for an Autonomous Surface Vessel (ASV) designed to overcome the challenges associated with executing missions under varying weather conditions and with energy autonomy. The project is built on the understanding that while a number of low-level control techniques are readily available as open source, there remains a need for a high-level control architecture. This architecture would facilitate the creation of a resilient, versatile sailing vessel capable of handling any mission without requiring the user to master navigation specifics, naval procedures, or corner cases. The proposed solution involves developing a control architecture inspired by subsumption, and centered on hierarchical behaviors. This structure incorporates a variety of specialized behaviors adapted to different contexts, each of which is established using reinforcement learning techniques (PPO). A combination of Gazebo simulation environment with the ROS framework for training was used to validate the proposed architecture. This simulation enables the digital replication of the vessel's behaviors, which simplifies the implementation process and mitigates the challenges and costs tied to real-world sailing operations. The results of this study indicate that the high-level control architecture of the virtual sailing vessel was successful in passing both perimeter scanning and long-distance tests. This suggests that the ASV is equipped to navigate the several situations it might encounter in real-world missions.

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  • ISAAC DANTAS ISIDÓRIO
  • Controle por Realimentação de Saída Baseada em Observador Usando Conjuntos Invariantes para  Sistemas Fuzzy Takagi-Sugeno Sujeitos a Restrições

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • EUGENIO DE BONA CASTELAN NETO
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • VILMA ALVES DE OLIVEIRA
  • Data: 07/08/2023

  • Mostrar Resumo
  • Neste trabalho, é proposto um método numérico para o cálculo de controladores por realimentação de saída baseado em observador de estado para sistemas fuzzy Takagi- Sugeno (T-S) sujeitos a restrições com base na teoria de conjuntos invariantes. Conjuntos poliédricos Positivamente Invariantes (PI) são usados para garantir que as restrições de estado e controle sejam satisfeitas a todo tempo. Condições suficientes são estabelecidas para que um poliedro definido no espaço de estados aumentado (estado + erro de estimação) seja PI. A partir das condições de invariância, um problema de otimização bilinear é formulado para calcular simultaneamente os ganhos do controlador e do observador e o poliedro positivamente invariante que garantem a satisfação das restrições. São considerados os dois tipos de observador encontrados na literatura de sistemas fuzzy T-S: o primeiro considera as funções de pertinência dependentes apenas da saída do sistema, enquanto o segundo refere-se ao caso geral, onde estas funções podem estar associadas a quaisquer variáveis de estado. No caso mais simples, embora as funções de pertinência dependam apenas da saída, a realimentação do estado estimado resulta, em geral, em controladores com melhor desempenho e com maiores conjuntos de estados admissíveis associados a eles do que o controle por realimentação estática de saída. Para o caso geral, como as funções de pertinência dependem de estados não acessíveis, é necessário um mecanismo de estimação para o cálculo destas variáveis. Em ambos os casos, este papel é desempenhado pelo observador fuzzy T-S. O problema de rastreamento de um sinal de referência constante também é considerado, para o qual o conceito de invariância positiva robusta é usado em conjunto com um controlador Integral-Proporcional (I-P). São estabelecidas condições suficientes para que um poliedro definido no espaço de estado aumentado (estado + erro de estimação +  integral do erro de rastreamento) seja PI na presença de um sinal de referência constante. Diversos experimentos numéricos ilustram a efetividade da abordagem proposta.


  • Mostrar Abstract
  • In this work, a numerical method for the computation of observer-based output feedback controllers is proposed for fuzzy Takagi-Sugeno (T-S) systems subject to constraints, based on set-invariance theory. Positively Invariant (PI) polyhedral sets are used to ensure that state and control constraints are satisfied at all times. Sufficient conditions are established for a polyhedron defined in the augmented state space (state + estimation error) to be PI. From the invariance conditions, a bilinear optimization problem is formulated to simultaneously calculate the controller and observer gains and the positively invariant polyhedron that guarantee the satisfaction of the constraints. The two types of observers found in the literature of fuzzy T-S systems are considered: the first considers the membership functions dependent only on the system output, while the second refers to the general case, where these functions can be associated with any state variable. In the simplest case, although the membership functions depend only on the output, the estimated state feedback results, in general, in controllers with better performance and with larger sets of admissible states associated with them than the output static feedback control. For the general case, as membership functions depend on non-accessible states, an estimation mechanism is needed to calculate these variables. In both cases, this role is played by the fuzzy observer T-S. The problem of tracking a constant reference signal is also considered, for which the concept of robust positive invariance is used in conjunction with an Integral-Proportional (I-P) controller. Sufficient conditions are established for a polyhedron defined in the augmented state space (state + estimation error + tracking error integral) to be PI in the presence of a constant reference signal. Several numerical experiments illustrate the effectiveness of the proposed approach.

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  • NELSON JOSÉ BONFIM DANTAS
  • Controle Ressonante e Anti-Ressonante de Sistemas de Segunda Ordem de Múltiplas Entradas com Atraso Usando Receptância

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FERNANDO DE OLIVEIRA SOUZA
  • JOSÉ MÁRIO ARAÚJO
  • PERICLES REZENDE BARROS
  • WALLACE MOREIRA BESSA
  • Data: 22/08/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Uma variedade de problemas na área da engenharia de controle lida com modelos matemáticos na forma de sistemas de equações diferenciais de segunda ordem, resultantes de análise de primeiros princípios com uso de discretizações (usando o método dos elementos finitos) para obtenção de modelos de dimensão finita. Estes modelos requerem, em geral, um conhecimento acurado dos parâmetros envolvidos como, por exemplo, massas, coeficientes de amortecimento e rigidez em sistemas mecânicos, para projeto de controladores com alto desempenho. A necessidade de considerar atrasos na medição de variáveis ou na atuação nestes tipos de sistemas torna o problema mais desafiador, tendo em vista a natureza transcendente das funções de transferência resultantes. Neste contexto, o conceito de receptância surge como alternativa, possibilitando a modelagem destes sistemas a partir inteiramente de dados experimentais, dispensando o uso de hipóteses simplificadoras e aproximações como é feito recorrentemente em modelos matemáticos a parâmetros discretos. Outra virtude é destacada na dispensa de aproximações para o termo exponencial do atraso, que pode resultar em soluções indesejadas ou funções de transferência de ordem muito elevada. Desde sua introdução, modelos baseados em receptância tem ganhado destaque em diversos trabalhos, com ênfase no controle ativo de vibrações pela alocação de zeros (frequência anti-ressonante) e/ou polos (frequência ressonante). Este trabalho propõe um método para o controle de sistemas de segunda ordem com múltiplas entradas e atrasos utilizando receptância. A estrutura dos controladores usa realimentação de estados e os objetivos de controle incluem alocação parcial de zeros e polos com garantia de estabilidade e robustez, baseado no pico máximo da função de sensibilidade. A estabilidade é garantida a partir do conceito estendido do critério de Nyquist para sistemas com múltiplas entradas. A síntese do controlador é conduzida a partir de um problema de otimização e as soluções são obtidas com o uso de algoritmo baseado na teoria evolutiva, onde as avaliações das populações são definidas conforme funções relacionadas à resposta em frequência dos sistemas. Exemplos numéricos são apresentados para ilustrar e discutir o desempenho das soluções com o uso do método proposto.


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  • A variety of problems in control engineering field deal with mathematical models under the form of systems of second-order differential equations, resulting from first-principles analysis using discretization (i.e., finite element method) to obtain finite-dimensional models. These models require, in general, an accurate knowledge of the parameters involved, such as, for example, masses, damping and stiffness coefficients in mechanical systems, for the design of controllers with high performance. The need to consider delays in measuring variables or actuation in these types of systems makes the problem more challenging, in view of the transcendent nature of the resulting transfer functions. In this context, the receptance concept emerges as an alternative, enabling the modeling of these systems entirely from experimental data, dispensing with the use of simplifying hypotheses and approximations, as is recurrently done in mathematical models with discrete parameters. Another virtue is highlighted in the waiver of approximations for the exponential term of the delay, which can result in undesirable solutions or very high order transfer functions. Since their introduction, receptance-based models have gained prominence in several works, with emphasis on the active control of vibrations by allocating zeros (anti-resonant frequency) and/or poles (resonant frequency). This work proposes a method for controlling second-order systems with multiple inputs and delays using receptance. The structure of the controllers uses state feedback, and the control objectives include partial placement of zeros and poles with guaranteed stability and robustness, based on the maximum peak of the sensitivity function. Stability is guaranteed from the extended concept of the Nyquist criterion for systems with multiple inputs. The synthesis of the controller is conducted from an optimization problem and the solutions are obtained using an algorithm based on evolutionary theory, where population evaluations are defined according to functions related to the frequency response of the systems. Numerical examples are presented to illustrate and discuss the performance of the solutions using the proposed method.

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  • BRENO SANTANA SANTOS
  • Uma metodologia orientada a dados não estruturados de produção científica para avaliação temporal de grupos de pesquisa

  • Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RICARDO BARROS SAMPAIO
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • JUAN MOISES MAURICIO VILLANUEVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • Data: 29/08/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Agências de fomento e instituições de pesquisa frequentemente utilizam métodos quantitativos e técnicas de Cientometria para avaliar grupos científicos. Geralmente, essas avaliações se embasam em um único tipo de métrica, seja ela baseada em contagem (como o h-index) ou aquelas provenientes da Análise de Redes Complexas. No entanto, o uso de múltiplas abordagens de mensuração e a exploração adequada da dimensão temporal da produção acadêmica ainda é um assunto recorrente. Particularmente, uma abordagem pouco explorada consiste em combinar esses indicadores com técnicas de Machine Learning e Graph Embeddings, o que poderia aprimorar o processo avaliativo de grupos de pesquisa. Nesse contexto, este trabalho propõe uma metodologia orientada à Ciência de Dados em Grafos para analisar times científicos ao longo do tempo. Por meio de um estudo de caso, os resultados sugerem a viabilidade e adequação do método proposto para avaliar quantitativamente grupos de pesquisa. A abordagem apresentada possui potencial para fornecer insights estratégicos e proativos de times científicos, contribuindo para uma melhor compreensão de suas dinâmicas e deficiências.


  • Mostrar Abstract
  • Funding agencies and research institutions often employ quantitative methods and scientometric techniques to evaluate scientific groups. These evaluations typically rely on a single type of metric, whether it is based on counts (such as the h-index) or derived from Complex Network Analysis. However, the use of multiple measurement approaches and the proper exploration of the temporal dimension of academic production is still a recurrent issue. Particularly, an underexplored approach involves combining these indicators with Machine Learning and Graph Embedding techniques, which could enhance the evaluation process of research groups. In this context, this study proposes a Graph Data Science-oriented methodology to analyze scientific teams over time. Through a case study, the results suggest the feasibility and suitability of the proposed method for quantitatively assessing research groups. The presented approach has the potential to provide strategic and proactive insights for scientific teams, contributing to a better understanding of their dynamics and limitations.

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  • INGRIDY MARINA PIERRE BARBALHO
  • Plataforma RevELA: Uma solução de saúde digital para a gestão do cuidado e vigilância dos pacientes com Esclerose Lateral Amiotrófica no Brasil

  • Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO HIGOR FREIRE DE MORAIS
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • CRISTINE MARTINS GOMES DE GUSMÃO
  • DANILO ALVES PINTO NAGEM
  • JAILTON CARLOS DE PAIVA
  • KARILANY DANTAS COUTINHO
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • Data: 30/08/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • A Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA) é uma doença neurodegenerativa rara considerada complexa em virtude da sua heterogeneidade. Apesar de ser conhecida há muitos anos, poucos países têm informações precisas sobre a sua epidemiologia e as características dos indivíduos diagnosticadas com ELA, como dados relacionados ao diagnóstico e progressão da doença. No Brasil, a falta de informação sobre a ELA limita a utilização de dados para o avanço de pesquisas e desenvolvimento de políticas públicas que favoreçam pessoas acometidas por essa condição de saúde. Nesse sentido, esse trabalho tem como objetivo apresentar o desenvolvimento uma solução de saúde digital para gestão do cuidado e monitoramento da doença ELA no Brasil, de forma a munir a vigilância à saúde com informações úteis e oportunas para embasar a formulação de políticas públicas e ao mesmo tempo qualificar e aprimorar o cuidado do acompanhamento dos pacientes com ELA por meio de um prontuário eletrônico. A solução proposta é composta por duas ferramentas: o Registro Nacional Brasileiro da ELA, responsável por coletar de forma estruturada dados epidemiológicos de pacientes com ELA em todo o Brasil; e o Prontuário Eletrônico para pacientes com ELA (PEP ELA), responsável por auxiliar no acompanhamento multidisciplinar dos pacientes com ELA, de maneira segura e adequada, com base nos Protocolos Clínicos e Diretrizes Terapêuticas (PCDT) da ELA. Este trabalho foi norteado pela metodologia de pesquisa-ação e todas as fases de desenvolvimento da plataforma foram realizadas de maneira sequencial em vários ciclos, através da aplicação do modelo iterativo e incremental usando o framework SCRUM. É importante destacar que o desenvolvimento dessa solução contou com o apoio do Ministério da Saúde do Brasil e foi concebido em resposta às necessidades identificadas no cenário epidemiológico relacionado à doença, bem como às limitações relatadas por profissionais de saúde especializados no atendimento a pacientes com ELA. Na perspectiva de promover a segurança no compartilhamento dos dados dos pacientes, uma rede blockchain foi modelada para receber smart contracts referentes às transações realizadas na plataforma, garantindo assim maior nível de privacidade e segurança. A plataforma desenvolvida possui grande potencial para o fortalecimento de políticas públicas, uma vez que os dados armazenados na plataforma poderão ser analisados pelas equipes de especialistas assistenciais e também por gestores da área da saúde pública, tanto no monitoramento individual quanto coletivo das pessoas que vivem com ELA no Brasil. A integração dos dados referente a vigilância e monitoramento podem apresentar benefícios significativos para o desenvolvimento de políticas públicas e o planejamento de estratégias em todos os níveis de atenção à saúde, além de fornecer uma visão realista da situação do país em relação aos casos. Portanto, esta solução de saúde digital pode ser utilizada como ferramenta de pesquisa, intervenção, monitoramento e fortalecimento da resposta à ELA no Sistema Único de Saúde do Brasil. 




  • Mostrar Abstract
  • Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a rare neurodegenerative disease considered complex due to its heterogeneity. Despite being known for many years, few countries have accurate information about its epidemiology and the characteristics of individuals diagnosed with ALS, such as data related to the diagnosis and progression of the disease. In Brazil, the lack of information about ALS limits the use of data for advancing research and developing public policies that favor people affected by this health condition. In this sense, this work aims to present the development of a digital health solution for managing the care and monitoring of the ALS disease in Brazil to provide health surveillance with valuable and timely information to support the formulation of public policies and, at the same time, time to qualify and improve the follow-up of patients with ALS through an electronic health record. The proposed solution is composed of two tools: the Brazilian National Registry of ALS, responsible for collecting epidemiological data from patients with ALS throughout Brazil in a structured way; and the Electronic Health Record for ALS patients (PEP ELA, acronym in Portuguese), responsible for assisting in the multidisciplinary follow-up of patients with ALS, safely and adequately, based on the ALS Clinical Protocols and Therapeutic Guidelines (PCDT, acronym in Portuguese). This work was guided by the action-research methodology, and all phases of development of the platform were carried out sequentially in several cycles through the application of the iterative and incremental model using the SCRUM framework. It is essential to highlight that the development of this solution had the support of the Brazilian Ministry of Health and was conceived in response to the needs identified in the epidemiological scenario related to the disease, as well as the limitations reported by health professionals specialized in the care of patients with ALS. To promote security in the sharing of patient data, a blockchain network was modeled to receive smart contracts related to transactions carried out on the platform, thus ensuring the highest level of privacy and security. The developed platform has great potential for strengthening public policies since the data stored on the platform can be analyzed by teams of care specialists and public health managers, both in the individual and collective monitoring of people living with ALS in Brazil. The integration of surveillance and monitoring data can have significant benefits for the development of public policies and the planning of strategies at all levels of health care, in addition to providing a realistic view of the situation in the country about cases. Therefore, this digital health solution can be used for research, intervention, monitoring, and strengthening the response to ALS in the Brazilian Health System.

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  • FELIPE RICARDO DOS SANTOS FERNANDES
  • SOLUÇÃO DE SAÚDE DIGITAL PARA A COMUNICAÇÃO ALTERNATIVA DE PESSOAS COM ESCLEROSE LATERAL AMIOTRÓFICA

  • Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO HIGOR FREIRE DE MORAIS
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • CRISTINE MARTINS GOMES DE GUSMÃO
  • DANILO ALVES PINTO NAGEM
  • ERNANO ARRAIS JUNIOR
  • KARILANY DANTAS COUTINHO
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • Data: 31/08/2023

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  • A Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA) é uma doença neurodegenerativa que compromete o sistema motor e as habilidades funcionais da pessoa de forma irreversível, causando, inclusive, a perda progressiva da capacidade de comunicação e da autonomia. Recursos tecnológicos baseados em Comunicação Aumentativa e Alternativa, Visão Computacional e Machine Learning são imprescindíveis para o desenvolvimento de soluções de saúde digital para a viabilização do processo comunicativo e da autonomia que, consequentemente, promovem melhorias na qualidade de vida e sobrevida da pessoa com ELA. Focado em uma abordagem de Interação Humano-Computador (IHC) baseada em imagens dos olhos provenientes de uma câmera simples e livre do corpo, este trabalho apresenta um recurso de tecnologia assistiva para a Comunicação Aumentativa e Alternativa de pessoas com ELA. A abordagem proposta neste trabalho consiste em um modelo algorítmico capaz de reconhecer o estado do olho (aberto ou fechado) em tempo real e de interoperar com o Autonomus, uma solução de saúde digital concebida pelo Laboratório de Inovação Tecnológica em Saúde da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (LAIS/UFRN) para a comunicação de pessoas com ELA. O modelo é constituído por quatro processos metodológicos: (i) aquisição das imagens; (ii) detecção da Face; (iii) detecção dos olhos; e (iv) classificação do estado do olho, sendo esta a principal etapa para a IHC. Um estudo algorítmico com um grupo de controle foi conduzido para avaliar a performance geral do modelo e a capacidade de classificação da Rede Neural Convolucional (CNN). Os resultados relacionados ao modelo proposto para a tarefa de classificação do estado do olho em tempo real são promissores e alcançam valores significativos de acurácia e f1-score, acima de 92%. Os resultados também apontam para a viabilidade do desenvolvimento de recursos de tecnologias assistivas de baixo custo que garantem o acesso universal, promoção de saúde, bem estar e redução das desigualdades, aspectos que vão além das melhorias no processo comunicativo de pessoas com ELA. Portanto, o objeto de estudo deste trabalho também possibilita e promove o exercício dos direitos, da cidadania, das liberdades fundamentais e do cuidado assistencial à saúde da pessoa com ELA.


  • Mostrar Abstract
  • Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease that irreversibly impairs an individual's motor system and functional abilities, even causing the progressive loss of communication skills and autonomy. Technological resources based on Augmentative and Alternative Communication, Computer Vision, and Machine Learning are essential for developing digital health solutions to enable the communicative process and autonomy that, consequently, promote improvements in the quality of life and survival of people with ALS. Focused on a Human-Computer Interaction (HCI) approach based on images of the eyes from a simple camera not mounted on the body, this work presents an assistive technology resource for Augmentative and Alternative Communication for people with ALS. The approach proposed in this work consists of an algorithmic model capable of recognizing the state of the eye (open or closed) in real-time and interoperating with Autonomus, a digital health solution designed by the Laboratory of Technological Innovation in Health at the Federal University of Rio Grande do Norte (LAIS/UFRN) for the communication of people with ALS. The model consists of four methodological processes: (i) image acquisition; (ii) Face detection; (iii) eye detection; and (iv) classifying the state of the eye, which is the foremost step for Human-Computer Interaction. An algorithmic study with a control group was conducted to evaluate the model's overall performance and the Convolutional Neural Network (CNN) classification ability. The results related to the proposed model for classifying the state of the eye in real-time are promising and reach significant values of accuracy and f1-score above 92%. The results also point to the viability of developing low-cost assistive technology resources that guarantee universal access, health promotion, well-being, and reduced inequalities, which go beyond improvements in the communicative process of people with ALS. Therefore, the object of study of this work is also to enable and promotes the exercise of rights, citizenship, fundamental freedoms, and health care for people with ALS.



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  • JOSÉ RAIMUNDO LIMA JÚNIOR
  • Two-Terminal Traveling-Wave-Based Non-Homogeneous Transmission-Line Protection

  • Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FELIPE VIGOLVINO LOPES
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • KLEBER MELO E SILVA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • WASHINGTON ARAUJO NEVES
  • Data: 04/09/2023

  • Mostrar Resumo
  • Apresenta-se neste trabalho um algoritmo de proteção baseado em ondas viajantes aplicado a linhas de transmissão não-homogêneas de dois terminais, com qualquer número de secções, com diferentes topologias e considerando o efeito da taxa de amostragem. As funções existentes de proteção por onda viajantes de dois terminais existentes não podem proteger a linha em caso de defeitos próximos à barra e apresentam limitações em linhas de transmissão não-homogêneas. No entanto, os efeitos da taxa de amostragem, considerados no método proposto, resultam em zonas de proteção e zonas não protegidas bem definidas, essenciais para a segurança da proteção e para o desenvolvimento de soluções para lidar com a questão das faltas próximas em linhas de transmissão não-homogêneas. Além disso, o algoritmo pode detetar com precisão a secção sob falta, permitindo a sua utilização em funções de proteção avançadas, tais como o religamento automático adaptativo e esquemas de proteção de alta velocidade. Foi modelado um dispositivo de proteção considerando uma frequência de amostragem igual a 1 MHz, incluindo funções para detectar ondas viajantes através da transformada wavelet, e o algoritmo de proteção proposto para discriminar defeitos internos e externos à linha, e para selecionar a secção sob falta. O algoritmo foi avaliado utilizando um grande número de simulações de defeitos utilizando Alternative Transients Program (ATP). Os resultados mostram que o algoritmo é robusto e confiável para utilização em dispositivos de proteção instalados em linhas não-homogêneas.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents a two-terminal traveling-wave-based protection algorithm applied to non-homogeneous transmission lines comprising any number of sections with different topologies and considering the effect of the sampling rate. Existing two-terminal traveling wave protection functions cannot protect the line under close-in faults and present limitations in non-homogeneous transmission lines. However, the effects of the sampling rate, considered in the proposed method, result in well-defined protection and unprotected zones, essential for protection security and development of solutions to deal with the issue of close-in faults in non-homogeneous transmission lines. Furthermore, the algorithm can accurately detect the faulted section, allowing its use in advanced protection functions such as adaptive automatic auto-reclosing and high-speed protection schemes. A protection device was modeled considering a sampling frequency equal to 1 MHz, including functions to detect traveling waves via wavelet transform, and the proposed protection algorithm to discriminate line internal from external faults, and to select the faulted section. The algorithm was evaluated using a large number of Alternative Transients Program (ATP) fault simulations. The results show that the algorithm is robust and reliable for protection devices installed in non-homogeneous lines.

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  • GABRIELA DE ARAUJO ALBUQUERQUE LEMOS
  • Machine Learning Aplicado a Triagem de Osteoporose: modelo baseado na atenuação de ondas eletromagnéticas


  • Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO HIGOR FREIRE DE MORAIS
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • CRISTINE MARTINS GOMES DE GUSMÃO
  • GUILHERME MEDEIROS MACHADO
  • JOÃO PAULO QUEIROZ DOS SANTOS
  • LORENA ITATI PETRELLA
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • Data: 21/09/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • A osteoporose é uma condição silenciosa e ainda subdiagnosticada, com uma taxa de mortalidade superior a diversos tipos de câncer, principalmente, quando os pacientes sofrem fraturas. O equipamento "padrão ouro" para o diagnóstico de densitometria, o Dual Energy X-Ray Absorptiometry (DEXA), que exige procedimento invasivo e de alto custo, é escasso em países considerados de renda média ou baixa, aspectos que podem dificultar o acesso oportuno ao diagnóstico. Neste contexto, um dispositivo portátil, conhecido na literatura como Osseus, foi desenvolvido para a triagem de pacientes que necessitam do exame de densitometria, ou seja, para qualificar os encaminhamentos dos exames para o DEXA. A tese teve como objetivo validar o dispositivo Osseus utilizando técnicas de aprendizado de máquina. Para isso, foi realizado o planejamento e coleta de dados de   dados de 505 pacientes que realizaram o exame no DEXA e o teste no dispositivo Osseus, destes, 21,8% saudáveis e 78,2% doentes (apresentavam baixa densidade mineral óssea ou osteoporose). Portanto, para implementar os estudos e desenvolver a pesquisa, a base de dados foi separada em 80% para treino e validação (usando validação cruzada com k fold= 5) e 20% para teste. O desempenho obtido na base de teste com o melhor modelo (Floresta Aleatória - Random Forest) correspondeu a sensibilidade=0.853, especificidade=0.871 e F1(média harmônica da precisão e da sensibilidade)=0.859. Os resultados evidenciaram que as variáveis de maior relevância para indicar a condição de saúde do indivíduo foram idade, índice de massa corporal e a atenuação medida no dispositivo Osseus. Quando comparado com os resultados dos exames DEXA, o modelo mostrou-se efetivo e consistente para realizar a triagem de indivíduos com osteoporose e facilitar o diagnóstico precoce da doença, o que consequentemente implica na redução de custos com cirurgias, tratamento, hospitalizações e perda de produtividade. Assim, ao qualificar o encaminhamento dos pacientes da atenção primária para a rede especializada, o Osseus pode melhorar a rede de atenção a osteoporose, e se consolidar como um recurso de fácil acesso na atenção primária, impactando ainda na diminuição de filas na rede especializada do Sistema Único de Saúde (SUS) no Brasil.



  • Mostrar Abstract
  • Osteoporosis is a silent and still underdiagnosed condition, with a mortality rate higher than several types of cancer, especially when patients suffer fractures. The gold standard equipment for the diagnosis of densitometry, Dual-energy X-ray absorptiometry (DXA, or DEXA), which requires an invasive and costly procedure, is scarce in countries considered middle or low-income, thus hindering timely access to diagnosis. In this context, a portable device, known in the literature as Osseus, was developed for the screening of patients who need the densitometry exam, i.e., to qualify the referrals of exams to the DEXA equipment. The thesis aimed to validate the Osseus device using machine learning techniques. For this, the planning and data collection of 505 patients who underwent the DEXA exam and the test on the Osseus device were carried out, of which 21.8% were healthy and 78.2% were diseased (they had low bone mineral density or osteoporosis). Therefore, to implement the studies and develop the research, the database was separated into 80% for training and validation (5-fold cross-validation) and 20% for testing. The performance obtained in the test base with the best model (Random Forest) corresponded to sensitivity=0.853, specificity=0.871, and F1(harmonic average of precision and recall rate)=0.859. The results showed that the most relevant variables to indicate the individual health status were age, body mass index (BMI), and the attenuation measured in the Osseus. When compared to the results of DEXA scans, the model has proven to be effective and consistent in screening individuals with osteoporosis and facilitating early diagnosis of the disease, which consequently entails improved productivity and reduced costs for surgery, treatment, and hospitalization. This way, by qualifying the referral of patients from primary care to the specialized network, the Osseus can improve the osteoporosis care network and consolidate itself as a resource of easy access in primary care, also impacting the reduction of waiting lines in the specialized network of the BrazilianNational Health System (SUS).


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  • ANDRE HENRIQUE MATIAS PIRES
  • Otimização de Controladores Fuzzy por Algoritmos Genéticos Multiobjetivos no Domínio Wavelet

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JEAN MARIO MOREIRA DE LIMA
  • LEANDRO LUTTIANE DA SILVA LINHARES
  • MÁRCIO EMANUEL UGULINO DE ARAÚJO JÚNIOR
  • Data: 02/10/2023

  • Mostrar Resumo
  • Devido à crescente competitividade na indústria, torna-se imperativo o uso de técnicas de ajuste mais eficientes e que, de fato, possam encontrar controladores com o desempenho desejado. Com essa proposta, técnicas de otimização podem ser usadas para obter os parâmetros do controlador de acordo com um critério de avaliação, que deve codificar o quão bom é um determinado controlador, expressando adequadamente as especificações desejadas, para que o algorítimo empregado possa encontrar o controlador desejado. Os métodos tradicionalmente utilizados na sintonia apresentam a dificuldade em expressar as especificações pretendidas. A dificuldade encontrada se deve a que os critérios tradicional- mente adotados, no geral, se utilizam apenas a informação do erro total, através de índices como a Integral do Erro Absoluto (Integaral Absolute Error - IAE) ou a Integral do Erro Quadrado (Integral Square Error - ISE), que não descrevem aspectos do comportamento do sistema, como se a resposta está muito agressiva e oscilatória, o erro de regime permanente, tempo de subida e tempo de estabilização, como faria um projetista humano. Algumas dessas impressões não estão bem definidas para referências diferente do degrau, carecendo de generalidade. Desse modo o algoritmo de otimização responsável por obtenção dos parâmetros do controlador de acordo com uma função de avaliação, a qual deve conseguir, de fato, codificar o quão bom é um dado controlador, expressando de forma adequada as especificações desejadas, de modo que o algoritmo de otimização empregado consiga encontrar o controlador que melhor satisfaça tal função. Em vista disso, será apresentada uma metodologia genérica de utilização da análise wavelet juntamente com técnicas de otimização multiobjetivo para se expressar o comportamento que se pretende alcançar pelo sistema controlado, de forma mais precisa e próxima da realizada pelo ser humano, permitindo uma otimização mais eficiente. Na metodologia proposta, a análise wavelet, muito presente na literatura, voltada para outras aplicações, sobretudo na análise de sinais, sons e imagens, é utilizada para obtenção de descritores que caracterizem aspectos do comportamento do sistema, como seu comportamento em regime permanente, comporta- mento no regime transitório, não amplificação de ruídos e rejeição a perturbações, esses descritores passam a constituir objetivos que serão otimizados por técnicas multiobjetivos. O estudo realizado utilizou técnicas de Algoritmo Genético Multiobjetivo (MOGAs) para a otimização, devido a serem amplamente utilizadas na literatura e por serem conhecidas por suas simplicidades e eficiências.


  • Mostrar Abstract
  • Due to the increasing competitiveness in the industry, it is imperative to use more efficient tuning techniques that can in fact find controllers with the desired performance. With this proposal, optimization techniques can be used to obtain the controller parameters according to an evaluation criterion, which should encode how good a particular controller is, properly expressing the desired specifications, so that the algorithm employed can find the controller. wanted. The methods traditionally used in tuning present the difficulty in expressing the desired specifications. The difficulty is due to the fact that the traditionally used criteria, in general, only use the total error information, through indices such as the Integral Absolute Error (IAE) or the Integral Square Error (ISE), which do not describe aspects of system behavior, such as if the response is very aggressive and oscillatory, steady state error, rise time and stabilization time, as a human designer would do. Some of these impressions are not well defined for references other than the step, lacking generality. Thus the optimization algorithm responsible for obtaining the controller parameters according to an evaluation function, which must actually be able to encode how good a given controller is, adequately expressing the desired specifications, so that the optimization algorithm employed can find the controller that best satisfies such a function. In view of this, a generic methodology for using wavelet analysis will be presented along with multiobjective optimization techniques to express more closely and closely related to the human behavior of the controlled system, allowing a more accurate optimization. In the proposed methodology, wavelet analysis, very present in the literature, focused on other applications, especially in the analysis of signals, sounds and images, is used to obtain descriptors that describe aspects of system behavior, such as its steady state behavior, behavior In the transient, no amplification of noise and rejection of disturbances, these descriptors become objectives that will be optimized by multiobjective techniques. The study carried out used Multiobjective Genetic Algorithm (MOGAs) techniques for optimization, due to their being widely used in the literature and known for their simplicity and efficiency.

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  • MARIA GRACIELLY FERNANDES COUTINHO
  • Stacked Sparse Autoencoder aplicado à classificação do vírus SARS-CoV-2 com base em representações de imagens de sequências genômicas

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIANA TAKAHASHI
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • LEONARDO ALVES DIAS
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • Data: 06/10/2023

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  • Desde dezembro de 2019, o mundo foi severamente afetado pela pandemia de COVID-19, ocasionada pelo vírus SARS-CoV-2. Em casos como este de nova identificação viral, a elucidação precoce da classificação taxonômica e origem dos genomas de vírus são essenciais para planejamento, contenção e tratamentos. As técnicas de Aprendizagem Profunda vêm sendo utilizadas com sucesso em diversos problemas de classificação viral, associadas ao diagnóstico de infecções virais, metagenômica, análise filogenética, entre outros. Considerando esta motivação, este trabalho tem como proposta gerar um eficiente classificador do genoma viral direcionado ao vírus SARS-CoV-2, utilizando a técnica de Aprendizagem Profunda baseada em Stacked Sparse Autoencoder (SSAE). Para o melhor desempenho do modelo, exploramos a utilização de representações de imagens das sequências completas do genoma como entrada do SSAE para fornecer a classificação do vírus SARS-CoV-2. Para isso, foram explorados dois conjuntos de dados: utilizando representações de imagens baseadas em k-mers e utilizando representações de imagens baseadas em Chaos Game Repesentation (CGR). O conjunto de dados composto por representações de imagens baseadas em k-mers foi aplicado nos experimentos de classificação em diferentes níveis de taxonomia do vírus SARS-CoV-2, enquanto o conjunto de dados baseado em imagens CGR foi aplicado nos experimentos de classificação das variantes de preocupação do SARS-CoV-2. Para os experimentos de classificação taxonômica, a técnica SSAE forneceu ótimos resultados, alcançando acurácias entre 92% e 100% para o conjunto de validação, e entre 98,9% e 100% de acurácia para o conjunto de teste, que aplicou amostras do SARS-CoV-2. Isto indica que o nosso modelo pode ser adaptado para classificar outros vírus emergentes. Para os experimentos de classificação das variantes do SARS-CoV-2 utilizando imagens CGR, a técnica SSAE proporcionou resultados ainda melhores, alcançando acurácia de classificação de 99,9% para o conjunto de validação e 99,8% para o conjunto de teste. Por fim, os resultados indicaram a aplicabilidade desta técnica de aprendizagem profunda em problemas de classificação de genomas.


  • Mostrar Abstract
  • Since December 2019, the COVID-19 pandemic caused by the SARS-CoV-2 virus has intensely affected the world. In the case of a novel virus identification, the early elucidation of taxonomic classification and origin of the virus genomic sequence is essential for strategic planning, containment, and treatments. Deep learning techniques have been successfully used in many viral classification problems associated with viral infection diagnosis, metagenomics, phylogenetics, and analysis. Considering that motivation, this work proposed an efficient viral genome classifier for SARS-CoV-2 using the deep neural network based on the stacked sparse autoencoder (SSAE). For the best performance of the model, we explored the utilization of image representations of the complete genome sequences as the SSAE input to provide a classification of the SARS-CoV-2. For that, two datasets were explored: based on k-mers image representation and based on CGR image representation. The dataset based on k-mers image representation was applied in the experiments of different levels of taxonomic classification of the SARS-CoV-2 virus, and the dataset based on CGR images was applied to the experiments of classification of SARS-CoV-2 variants of concern (VOC). For the experiments of taxonomy classification, the SSAE technique provided great performance results, achieving classification accuracy between 92% and 100% for the validation set and between 98.9% and 100% when the SARS-CoV-2 samples were applied for the test set. These results indicate that our model can be adapted to classify other emerging viruses. For the experiments of SARS-CoV-2 variants classification using CGR images, the SSAE technique provided even better results, achieving classification accuracy of 99.9% for the validation set and 99.8% for the test set. Finally, the results indicated the applicability of this deep learning technique in genome classification problems.

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  • YURI PEDRO DOS SANTOS
  • Clusterização adaptativa de usuários NOMA no domínio da potência

  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • TIAGO TAVARES LEITE BARROS
  • FABRÍCIO BRAGA SOARES DE CARVALHO
  • PEDRO THIAGO VALERIO DE SOUZA
  • Data: 19/10/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Por meio da técnica de Acesso Múltiplo Não-Ortogonal (NOMA, Non-Orthogonal Multiple Access) pretende-se viabilizar a transmissão de dois ou mais usuários compartilhando os mesmos recursos de tempo, frequência e código, e assim melhorar significativamente a eficiência espectral de redes de comunicação sem fio em gerações futuras. A multiplexação de sinais pode ser conseguida no domínio da potência (PD-NOMA, Power Domain NOMA), onde a transmissão de sinais sobrepostos é feita com níveis de potência suficientemente diferentes. A eficiência deste método depende fundamentalmente de duas etapas prévias de processamento: um agrupamento adequado de usuários (candidatos à transmissão) com diferentes ganhos de canal e a escolha dos níveis de potência que serão utilizados para transmitir cada sinal. As soluções apresentadas na literatura para resolver o problema de agrupamento de usuários não consideram a dinâmica dos sistemas de comunicação, ou seja, a variação temporal do número de usuários e as condições do canal. Para levar em conta essas características dinâmicas no agrupamento de usuários em sistemas NOMA, este trabalho propõe uma nova técnica de clusterização baseada em uma modificação do algoritmo evolucionário DenStream, escolhido por sua capacidade evolutiva, robustez ao ruído e processamento online. Os resultados mostram que a técnica de agrupamento proposta consegue acompanhar a dinâmica do sistema, clusterizando todos os usuários e favorecendo a uniformidade da taxa de transmissão entre os clusters.


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  • The technique of Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA, Non-Orthogonal Multiple Access) is intended to enable the transmission of two or more users sharing the same resources of time, frequency, and code, and thus significantly improve the spectral efficiency of wireless communication networks in future generations. Signal multiplexing can be achieved in the Power Domain NOMA (PD-NOMA), where superposed signals are transmitted with sufficiently different power levels. The efficiency of this method fundamentally depends on two previous processing steps: an adequate clustering of users (transmission candidates) with different channel gains and the choice of power levels that will be used to transmit each signal. The solutions presented in the literature to solve the user clustering problem do not consider the dynamics of the communication systems, that is, the temporal variation of the number of users and the channel conditions. To consider these dynamic characteristics when grouping users in NOMA systems, this work proposes a new clustering technique based on a modification of the evolutionary algorithm DenStream, chosen for its evolutionary capacity, robustness to noise, and online processing. Results show that the proposed clustering technique follows the system's dynamics, clustering all users and favoring the uniformity of the transmission rate between the clusters.

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  • TARCIANA CABRAL DE BRITO GUERRA
  • Soluções de Multi-Conectividade para Redes LTE e NR

  • Orientador : VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FUAD MOUSSE ABINADER JUNIOR
  • LEONARDO AGUAYO
  • MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • WALTER DA CRUZ FREITAS JÚNIOR
  • Data: 27/10/2023
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  • A tecnologia de conectividade dupla (DC) (ou, de forma mais geral, conectividade múltipla (MC)) é de extrema importância na jornada inicial do New Radio (NR), rede de acesso do 3GPP para o 5G, sendo base para as primeiras formas de implementação dessa geração de sistemas de comunicação. Com o MC, os usuários podem ser conectados simultaneamente a tecnologias legadas (4G-LTE e Wi-Fi) e à nova tecnologia 5G-NR. Todavia, tal tecnologia traz desafios adicionais para a rede, principalmente no que se refere ao gerenciamento energético e à própria configuração das inúmeras opções de configuração de conectividade. Este trabalho tem o objetivo de conceber estratégias baseadas em aprendizado de máquina capazes de explorar com eficiência o desempenho da MC nos casos de uso do 5G eMBB (enhanced Mobile Broadband) e URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) em redes heterogêneas. A ideia é configurar dinamicamente o melhor conjunto de parâmetros do MC para proporcionar aumento da vazão de dados (alvo do eMBB) e uma conexão mais robusta (alvo do URLLC), sendo relevante em cenários com a presença de small cells usando mmWaves, por exemplo, ambos considerados essenciais para atender as especificações do 5G.


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  • Dual connectivity (DC) technology (or, more generally, multiple connectivity (MC)) is an important feature in the initial journey of New Radio (NR), the access network of 3GPP to 5G, being the basis for the first ways of implementing this generation of communication systems. With MC, users can be simultaneously connected to legacy technologies (4G-LTE and Wi-Fi) and the new 5G-NR technology. However, such technology poses additional challenges for the network, especially with regard to energy management and the numerous connectivity configuration options. This work aims to conceive strategies based on machine learning capable of efficiently exploring the performance of MC towards 5G eMBB (enhanced Mobile Broadband) and 5G URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) in heterogeneous networks. The idea is to dynamically configure the best set of MC parameters to provide increased data throughput (eMBB target) and a more robust connection (URLLC target), being relevant in scenarios with the presence of small cells using mmWaves, for example, both considered essential to meet 5G specifications.

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  • ALCEMY GABRIEL VITOR SEVERINO
  • Representação Baseada em Autoenconder Empilhado Otimizado por Enxame de Partículas

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JEAN MARIO MOREIRA DE LIMA
  • LEANDRO LUTTIANE DA SILVA LINHARES
  • SERGIO NATAN SILVA
  • Data: 20/11/2023

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  • A competitividade no mercado impulsiona as organizações a buscar o desenvolvimento tecnológico com o objetivo de aprimorar a qualidade dos produtos e reduzir os custos de produção, ao mesmo tempo em que atendem às demandas socioambientais dos consumidores. No entanto, os processos industriais podem apresentar desafios no monitoramento e controle em tempo real de variáveis críticas. Uma solução para esse problema é a utilização de soft sensors, que consistem em algoritmos capazes de estimar variáveis difíceis de serem medidas a partir de variáveis secundárias de fácil medição. Um desafio comum em projetos de soft sensors é a falta de dados rotulados, o que torna os métodos semi-supervisionados mais promissores do que os métodos tradicionais. Nesse contexto, a arquitetura de rede neural denominada Autoencoder Empilhado tem sido amplamente empregada. Essa arquitetura é treinada de forma não supervisionada e posteriormente ajustada de forma supervisionada. No entanto, a definição adequada dos hiperparâmetros do Autoencoder Empilhado, tais como tamanho do lote, taxa de aprendizado e número de características ocultas, representa um desafio. Os métodos tradicionais, como Grid Search e Random Search, são computacionalmente intensivos e podem não encontrar rapidamente a melhor combinação de hiperparâmetros. Uma alternativa mais eficiente é o uso de algoritmos meta-heurísticos, como a Otimização por Enxame de Partículas. Esses algoritmos exploram o espaço de busca de maneira mais inteligente e são mais eficazes em espaços de alta dimensionalidade. Uma abordagem promissora consiste em incorporar a Informação Mútua na função de avaliação da Otimização por Enxame de Partículas, em conjunto com o Erro Médio Quadrado. A Informação Mútua captura relações não lineares entre as saídas do Autoencoder Empilhado e as saídas reais do sistema, enquanto o Erro Médio Quadrado mede a diferença entre essas saídas. Neste contexto, a presente tese propõe o método Representação Baseada no Autoencoder Empilhado Otimizado por Enxame de Partículas, o qual utiliza a Otimização por Enxame de Partículas com uma função de avaliação modificada para otimizar os hiperparâmetros de um soft sensor baseado no Autoencoder Empilhado. Espera-se que essa abordagem aprimore a precisão e a capacidade de representação do Autoencoder Empilhado em comparação com as abordagens convencionais, que utilizam apenas o Erro Médio Quadrado. Com o objetivo de avaliar o desempenho dos modelos gerados pelo método proposto, foram selecionados dois processos não-lineares amplamente utilizados na indústria. Os resultados obtidos demonstram que a incorporação da Informação Mútua na função de avaliação permite uma busca mais eficiente e equilibrada, resultando em um Autoencoder Empilhado com melhor desempenho e capacidade de representação.


  • Mostrar Abstract
  • Market competitiveness drives organizations to pursue technological development in order to improve product quality and reduce production costs while meeting the socio- environmental demands of consumers. However, industrial processes can pose challenges in real-time monitoring and control of critical variables. One solution to this problem is the use of soft sensors, which are algorithms capable of estimating difficult-to-measure variables based on easily measurable secondary variables. A common challenge in soft sensor projects is the lack of labeled data, making semi-supervised methods more promi- sing than traditional methods. In this context, the Stacked Autoencoder neural network architecture has been widely employed. This architecture is trained in an unsupervised manner and subsequently fine-tuned in a supervised manner. However, appropriately de- fining the hyperparameters of the Stacked Autoencoder, such as batch size, learning rate, and number of hidden features, presents a challenge. Traditional methods like Grid Se- arch and Random Search are computationally intensive and may not quickly find the best combination of hyperparameters. A more efficient alternative is the use of metaheu- ristic algorithms, such as Particle Swarm Optimization. These algorithms intelligently explore the search space and are more effective in high-dimensional spaces. A promising approach is to incorporate Mutual Information into the evaluation function of Particle Swarm Optimization, along with the Mean Squared Error. Mutual Information captures nonlinear relationships between the outputs of the Stacked Autoencoder and the actual system outputs, while the Mean Squared Error measures the difference between these outputs. In this context, the present thesis proposes the Representation Based on Particle Swarm Optimized Stacked AutoEncoder method, which utilizes Particle Swarm Optimi- zation with a modified evaluation function to optimize the hyperparameters of a Stacked Autoencoder-based soft sensor. It is expected that this approach will improve the accu- racy and representation capacity of the Stacked Autoencoder compared to conventional approaches that only utilize the Mean Squared Error. In order to evaluate the performance of the models generated by the proposed method, two widely used nonlinear processes in the industry were selected. These processes were chosen due to their relevance in virtual sensor implementation and are frequently employed in comparative analyses. The results demonstrate that the incorporation of Mutual Information in the evaluation function al- lows for a more efficient and balanced search, resulting in a Stacked Autoencoder with improved performance and representation capacity.

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  • GLAUBER RODRIGUES LEITE
  • Rastreio visual não calibrado na presença de ruido não-gaussiano nos atributos de rastrerio

  • Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • JOÃO PAULO FERREIRA GUIMARÃES
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • ÍCARO BEZERRA QUEIROZ DE ARAÚJO
  • Data: 08/12/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Servovisão é uma estratégia de controle que usa a realimentação visual de câmeras para controlar a movimentação de um robô ou um sistema. Servovisão baseado em imagem conta com algoritmos de processamento de imagens e visão computacional para detectar e acompanhar características de interesse, incorporando-as diretamente na malha de controle. Essa abordagem considera que existe um mapeamento, também conhecido como jacobiana de interação, entre o movimento dessas características e a pose da câmera, baseando-se nos parâmetros intrínsecos e extrínsecos da câmera. Apesar de existirem técnicas de calibração para computar os parâmetros, esses podem se tornar suscetíveis a erro ou necessitar de mudanças em tempo de execução, especialmente em cenários não estruturados. Alguns exemplos que podem acontecer são quando a tarefa requer ampliação da imagem, quando a câmera apresenta distorção da lente, ou apresenta sensor sensível à temperatura. Estudos envolvendo servovisão não-calibrada têm como objetivo estimar a jacobiana de interação usando informação do ambiente e medição do deslocamento das características na imagem, geralmente em tempo de execução, com a ajuda de um estimador como o filtro de Kalman. Enquanto a maior parte dos estudos aproximam a incerteza da estimação a uma distribuição gaussiana, o ambiente onde o robô atua pode apresentar particularidades desafiadoras. No caso, oclusão, reflexão e aparência similar do objeto com outros objetos da imagem podem confundir o algoritmo de visão computacional, levando a \textit{outliers} na extração das características de interesse. Se não forem tratados corretamente, esses erros podem comprometer o desempenho do controlador de servovisão, ou mesmo afetar sua convergência. O critério máximo de correntropia é capaz de usar as propriedades estatísticas de variáveis aleatórias não-gaussiana como vantagem. Logo, este trabalho propõe como tema de tese um estudo de como lidar com ruído não-gaussiano no acompanhamento dessas características de interesse da imagem, preservando as propriedades estatísticas do mesmo através da aplicação do critério máximo de correntropia no filtro de Kalman.


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  • Visual servoing is a control strategy that uses visual feedback from cameras to control the motion of a robot or a system. Image-based visual servoing relies on image processing and computer vision algorithms to detect and track image features, incorporating them directly in the control loop. That approach considers that there is a map, also known as interaction jacobian, between feature motion and camera pose based on the camera's intrinsic and extrinsic parameters. Although there are calibration techniques to compute the camera's parameters, they can become error-prone or need online changes, especially in unstructured scenarios. Some examples that could happen are when a task requires image zoom, the camera presents lens distortion, or its sensor has temperature sensitivity. Uncalibrated visual servoing studies aim to estimate the interaction jacobian using environment information and the measurement of features displacement, generally at run-time, with the help of an estimator, such as the Kalman filter. While most studies approximate the estimation uncertainty to a gaussian distribution, the environment in which the robot actuate could present more challenging characteristics. In that case, target occlusion, reflection, or similar appearance to other image objects can confuse the computer vision algorithm leading to outliers in the feature extraction. If not treated correctly, these errors may poor the performance of the visual servoing controller, or even affect its convergence. The maximum correntropy criterion can take advantage of the statistical properties of non-gaussian random variables. Thus, this work proposes a thesis theme study on dealing with non-gaussian feature tracking noise, preserving its statistical properties through the maximum correntropy criterion applied to the Kalman filter.
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  • JOSE ILTON SARMENTO SILVEIRA JUNIOR
  • Seguimento de Referência por Realimentação de Saída para Sistemas Lineares Incertos sob Restrições

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • JOSÉ MÁRIO ARAÚJO
  • TIAGO ALVES DE ALMEIDA
  • TITO LUÍS MAIA SANTOS
  • Data: 08/12/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Esta tese apresenta uma abordagem robusta de controle por realimentação de saída projetada para lidar com o rastreamento de referência constante em sistemas lineares afetados por incertezas, perturbações e ruído. Nossas contribuições de pesquisa giram em torno de três aspectos principais. Em primeiro lugar, estabelecemos as condições para alcançar a propriedade de Invariância Controlada por Realimentação de Saída (OFCI) no contexto de sistemas lineares que incorporam incertezas politópicas. Essa propriedade OFCI garante a satisfação robusta das restrições por meio da realimentação de saída, mesmo na presença de incertezas. Em segundo lugar, introduzimos um controlador dinâmico por realimentação de saída adaptado a modelos incertos, que emprega observadores por associação a conjuntos (set-membership observers}. Esses observadores reduzem efetivamente o conjunto de estados admissíveis, aprimorando o desempenho de rastreamento ao minimizar erros. Em terceiro lugar, para reduzir ainda mais os erros de rastreamento, propomos um procedimento de atualização do modelo que ajusta o modelo nominal usado para rastreamento com base em medidas da saída. Apresentamos diversos experimentos numéricos para avaliar a eficácia do controlador, demonstrando sua capacidade de alcançar o rastreamento de referência com erros significativamente reduzidos para os sistemas incertos considerados. Nossa pesquisa oferece entendimentos valiosos sobre como lidar com o rastreamento de referência constante em sistemas lineares com realimentação de saída, controle e variáveis de estado sujeitos a restrições, levando em consideração incertezas, perturbações e ruído. As aplicações potenciais de nossa abordagem prometem fazer avançar as estratégias de controle em sistemas práticos que operam em condições incertas.


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  • This thesis presents a robust output feedback control approach designed to address constant reference tracking in linear systems affected by uncertainties, disturbances, and measurement noise. Our research contributions revolve around three primary aspects. Firstly, we establish the conditions for achieving the Output Feedback Controlled Invariance (OFCI) property within the context of linear systems that incorporate polytopic uncertainties. This OFCI property guarantees robust constraint satisfaction through output feedback even in the presence of uncertainties. Secondly, we introduce a dynamic output feedback controller tailored to uncertain models, which employs set-membership observers. These observers effectively reduce the set of feasible states, enhancing tracking performance by minimizing errors. Thirdly, to further reduce tracking errors, we propose a model update procedure that adjusts the nominal model used for tracking based on output measurements. We conduct extensive numerical experiments to assess the controller's effectiveness, demonstrating its capability to achieve reference tracking with significantly reduced errors for the uncertain systems under consideration. Our research offers valuable insights into addressing constant reference tracking in linear systems with output feedback, constrained control and state, while accounting for uncertainties, disturbances, and noise. The potential applications of our approach hold promise for advancing control strategies in practical systems operating under uncertain conditions.

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  • MÁRIO SÉRGIO FREITAS FERREIRA CAVALCANTE
  • Estrutura Neuro-Fuzzy Tipo-2 Modificada para Identificação e Predição de Comportamento de Sistemas Não Lineares

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • THIAGO DE SOUZA ROCHA
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JEAN MARIO MOREIRA DE LIMA
  • ÍCARO BEZERRA QUEIROZ DE ARAÚJO
  • Data: 11/12/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • A identificação de sistemas é uma área de estudo da engenharia que busca encontrar modelos precisos e de baixo custo para descrever o comportamento dos sistemas. Esses modelos podem ser utilizados para prever o comportamento futuro, realizar simulações, ajustar parâmetros e otimizar o desempenho dos sistemas.

    A dificuldade na identificação de sistemas está na escolha adequada da estrutura do modelo, no número de parâmetros e no método de estimação. Diversas técnicas são uti- lizadas, como redes neurais, inteligência artificial e multimodelos polinomiais, para lidar com a complexidade das não-linearidades e obter modelos precisos.

    A tese proposta tem como objetivo desenvolver uma técnica de identificação de sis- temas que utilize informações de entrada/saída para obter um modelo válido, preciso, robusto e eficiente. A estratégia proposta combina a lógica fuzzy tipo-2 intervalar com a capacidade de treinamento de redes neurais. A ideia é obter uma estrutura generali- zada que permita a seleção e combinação de modelos locais para aproximar ou prever o comportamento do sistema.

    Os resultados foram obtidos utilizando três estudos de caso: a equação temporal caó- tica Mackey-Glass, um sistema de fornalhas e um sistema de tanques multisseção. Os resultados da rede proposta para a aproximação e previsão desses sistemas foram com- parados com técnicas da literatura, e a rede neuro-fuzzy intervalar tipo-2 modificada (MIT2FNN) apresentou valores de MSE menores do que as demais técnicas.


  • Mostrar Abstract
  • System identification is a crucial sphere of engineering dedicated to finding econo- mical yet accurate models for fully understanding how systems behave. In effectuating this aim, these models predict future behavior while enabling simulations for optimization purposes inclusive of parameter adjustments where necessary for enhanced performance levels.

    However, what makes identifying systems challenging is the selection process regar- ding model structure choice and the estimation method used when making predictions concerning non-linearities present in complex phenomena affecting multiple variables. Nonetheless, experts have devised viable options toward precise modelling solutions by employing sophisticated techniques such as artificial intelligence algorithms or polyno- mial multi-model frameworks.

    he proposed thesis offers an approach that fuses interval type-2 fuzzy logic together with neural network training skills towards producing a generalized structure that enables both local model selection combined modeling which permits approximating or forecas- ting the behavior of any given system.

    The results were obtained using three case studies: the chaotic Mackey-Glass time equation, a furnace system, and a multisection tank system. The results of the pro- posed network for the approximation and prediction of these systems were compared with techniques from the literature, and the modified type-2 neuro-fuzzy interval network (MIT2FNN) showed lower mean squared error (MSE) values than the other techniques.

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  • MYCHAEL JALES DUARTE
  • Análise e Projeto de Estruturas Ultraminiaturizadas de FSS para Aplicações em Sistemas de Sensoriamento de Temperatura

  • Orientador : VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO JUNIOR
  • ALFREDO GOMES NETO
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 21/12/2023
    Ata de defesa assinada:

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  •  Este trabalho apresenta um estudo sobre Superfícies Seletivas de Frequência (FSS) ultraminiaturizadas, para aplicações em sistemas de sensoriamento de temperatura. São propostas duas FSS 2,5D com elementos inspirados em linhas metálicas convolucionadas impressas em um substrato dielétrico de FR-4. As vias inseridas contribuem com os efeitos capacitivos e indutivos na estrutura, proporcionando a ultraminiaturização das dimensões das células unitárias. As FSS têm o tamanho das células unitárias iguais a 4,68 % e 6,80 % dos comprimentos de ondas no espaço livre para as frequências de 2,34 GHz e 2,72 GHz (frequências de ressonância), respectivamente, com a segunda estrutura apresentando comportamento dual-band. Dois modelos de circuito equivalente são propostos para entender melhor o princípio operacional das FSS. A aplicação dessas estruturas para uso em sensoreamento de temperatura é estudada. De acordo com a literatura a permissividade elétrica do material dielétrico utilizado sofre alteração com a mudança da temperatura do material, com essa relação as simulações foram feitas e as FSS apresentaram uma relação linear de frequência de ressonância e temperatura. Os dois sensores propostos foram construídos e medidos desde a temperatura ambiente até 120 °C, ambos apresentaram uma ótima sensibilidade as mudanças de temperatura. Os resultados numéricos simulados para os protótipos projetados foram obtidos pelo software ANSYS HFSS e pelo modelo de circuito equivalente. Os protótipos dos sensores foram construídos e foi realizada a caracterização experimental dos coeficientes de transmissão, largura de banda e frequência de ressonância. Os valores obtidos nos experimentos foram comparados e discutidos com os resultados das simulações, os quais apresentaram boa concordância.


  • Mostrar Abstract
  • This paper presents a study on ultra-miniaturized Frequency Selective Surfaces (FSS) for applications in temperature sensing systems. Two 2.5D FSS are proposed with elements inspired by convoluted metal lines printed on an FR-4 dielectric substrate. The inserted vias contribute to the capacitive and inductive effects in the structure, providing ultraminiaturization of the unit cell dimensions. The FSS have unit cell sizes equal to 4.68 % and 6.80 % of the wavelengths in free space for the frequencies of 2.34 GHz and 2.72 GHz (resonance frequencies), respectively, with the second structure exhibiting dual-band behavior. Two equivalent circuit models are proposed to better understand the operating principle of the FSS. The application of these structures for use in temperature sensing is studied. According to the literature, the electrical permittivity of the dielectric material used changes with the change in the material's temperature. With this in mind, simulations were carried out and the FSS showed a linear relationship between resonance frequency and temperature. The two proposed sensors were built and measured from room temperature up to 120 °C, and both showed excellent sensitivity to temperature changes. The numerical results simulated for the prototypes designed were obtained using the ANSYS HFSS software and the equivalent circuit model. The prototypes were built and the experimental characterization of the transmission coefficients, bandwidth and resonance frequency was carried out. The values obtained in the experiments were compared and discussed with the simulation results, which showed good agreement.

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  • MARCOS TULIO ANTUNES BEZERRA SEGUNDO
  • Aplicação de Modelos de Sequências Quase Periódicas em Guias de Onda Ópticos

  • Orientador : JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • HUMBERTO DIONISIO DE ANDRADE
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • MAGNO MEDEIROS DE ARAÚJO
  • VICENTE ANGELO DE SOUSA JUNIOR
  • Data: 22/12/2023

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  • Neste trabalho, são propostos guias de ondas baseados no direcionamento da luz através de meios com índices de refração sequenciados na direção de propagação. O modelo do núcleo de guiamento das estruturas está fundamentado no sequenciamento quase periódico do índice de refração que forma a região de propagação do sinal. Nesse contexto, modelos de fibras ópticas amplamente conhecidos são modificados para se adequar às estruturas de segmentação das regiões de guiamento do sinal óptico.

    Essas modificações possibilitam o desenvolvimento de novos modelos de dispositivos ópticos, como lasers, filtros e sensores ópticos. Um dos modelos mais tradicionais de segmentação aplicados em guias de ondas ópticos é a Grade de Bragg, também conhecida como Fibra de Grade de Bragg (FGB), onde o sequenciamento na região de propagação segue um padrão periódico. Mais recentemente, alguns modelos de sequências quase periódicas têm sido aplicados em cristais fotônicos, principalmente considerando a seção transversal do guia de onda. Neste contexto, é proposta uma nova estratégia de segmentação, baseada no sequenciamento quase periódico no índice de refração ao longo da direção de propagação.

    Serão investigadas estruturas de fracionamento do núcleo de guias de onda, aplicando modelos quase periódicos, como as sequências de Fibonacci, Thue Morse, Período Duplo e Octonacci, com o objetivo de comparar seu desempenho em relação aos guias que usam a Grade de Bragg como estratégia de segmentação. Para este estudo, será utilizado como ferramenta de simulação uma formulação matemática baseada no método dos elementos finitos, em conjunto com o método da propagação de feixes ópticos. Serão analisados os parâmetros de transmissão e reflexão nas interfaces entre os diferentes meios que compõem as sequências aplicadas.


  • Mostrar Abstract
  • In this work, waveguides based on directing light through media with sequentially refractive indices in the direction of propagation are proposed. The core guiding model of these structures is based on quasi-periodic sequencing of the refractive index that forms the signal propagation region. In this context, well-known optical fiber models are modified to adapt to the segmentation structures of optical signal guiding regions.

    These modifications enable the development of new optical device models, such as lasers, filters, and optical sensors. One of the most traditional segmentation models applied in optical waveguides is the Bragg Grating, also known as Fiber Bragg Grating (FBG), where the sequencing in the propagation region follows a periodic pattern. More recently, some quasi-periodic sequence models have been applied in photonic crystals, primarily considering the cross-sectional area of the waveguide. In this context, a new segmentation strategy is proposed, based on quasi-periodic sequencing of the refractive index along the direction of propagation.

    Structures of core fractionation in waveguides will be investigated by applying quasi-periodic models, such as Fibonacci sequences, Thue Morse, Period Doubling, and Octonacci, with the aim of comparing their performance with waveguides that use Bragg Grating as a segmentation strategy. For this study, a mathematical formulation based on the finite element method, in conjunction with the optical beam propagation method, will be used as a simulation tool. Parameters of transmission and reflection at the interfaces between the different media composing the applied sequences will be analyzed.

2022
Dissertações
1
  • MATHEUS NUNES ORSANO AIRES
  • A Wavelet-based Restricted Earth-fault Power Transformer Differential Protection

  • Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • BRUCE A. MORK
  • RODRIGO PRADO DE MEDEIROS
  • WASHINGTON LUIZ ARAUJO NEVES
  • Data: 20/01/2022

  • Mostrar Resumo
  • Power transformer differential protection schemes have been widely studied in recent years to improve their accuracy and speed. Researches have been developed by using the most varied digital signal processing techniques. Internal faults may cause critical damages to the power transformer, and they need special attention for this kind of disturbance, mainly in faults on the winding of the power transformer that is not too sensitive to the principal differential protections. This work aims to present a restricted earth fault protection based on the wavelet transform (REFW) for detecting ground faults close to the transformer neutral point (turn-to-ground faults) and supporting the conventional phase differential protection, which presents limitations in this kind of faults. The proposed REFW protection uses only high-frequency components instead of traditional low-frequency components obtained by means of phasor estimation methods, speeding up the detection of turn-to-ground faults.


  • Mostrar Abstract
  • Power transformer differential protection schemes have been widely studied in recent years to improve their accuracy and speed. Researches have been developed by using the most varied digital signal processing techniques. Internal faults may cause critical damages to the power transformer, and they need special attention for this kind of disturbance, mainly in faults on the winding of the power transformer that is not too sensitive to the principal differential protections. This work aims to present a restricted earth fault protection based on the wavelet transform (REFW) for detecting ground faults close to the transformer neutral point (turn-to-ground faults) and supporting the conventional phase differential protection, which presents limitations in this kind of faults. The proposed REFW protection uses only high-frequency components instead of traditional low-frequency components obtained by means of phasor estimation methods, speeding up the detection of turn-to-ground faults.

2
  • LUCAS SOLANO CADENGUE
  • Controle Inteligente de Robôs Omnidirecionais Utilizando Redes Neurais Recorrentes

  • Orientador : WALLACE MOREIRA BESSA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • ORIVALDO VIEIRA DE SANTANA JUNIOR
  • PHILIPPE EDUARDO DE MEDEIROS
  • WALLACE MOREIRA BESSA
  • Data: 11/03/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • Devido à sua grande eficiência, segurança e flexibilidade, os robôs móveis estão sendo cada vez mais utilizados na indústria. Entretanto, o controle de posicionamento dos mesmos se trata de um grande desafio dada a natureza não linear dessa planta e a dificuldade de estimar determinados parâmetros, como os efeitos do atrito. Neste trabalho, um controladores inteligentes são propostos para o rastreamento de trajetória de um robô móvel omnidirecional sujeito a dinâmicas não modeladas. As abordagens de controle utilizadas foram os controladores não lineares Linearização por Realimentação (FBL) e Modos Deslizantes (SMC), ambos acoplados de um compensador inteligente que utiliza Redes Neurais Recorrentes com o objetivo de lidar com as incertezas. A arquitetura da rede neural escolhida se baseou na necessidade de compensação de dinâmicas complexas e ao mesmo tempo restrição de complexidade computacional para que o mesmo pudesse ser embarcado no hardware de um robô móvel. As propriedades de estabilidade dos controladores foram provadas de acordo com o princípio de estabilidade assintótica segundo Lyapunov e o desempenho das estratégias foi avaliado tanto em simulações quanto em experimentos com o Robotino, um robô móvel omnidirecional produzido pela Festo Didatics e foi observado um ganho de desempenho no controlador quando comparado com redes neurais sem a recorrência.


  • Mostrar Abstract
  • Due to their great efficiency, security and flexibility, mobile robots are being increasingly used in industry. However, their positioning control is a great challenge due to the non-linear nature of this plant and the difficulty of estimating certain parameters, for example, the friction effects. In this work, non-linear controllers are applied to the trajectory control of an omnidirectional robot under the effect of unmodeled dynamics. The control approaches used in this work were both non-linear control strategies, Feedback Linearization (FBL) and Sliding Modes (SMC) both incorporated with an intelligent compensator utilizing Recurrent Neural Networks in order to assist the control by estimating uncertainties. The chosen architecture of the neural network was based in the need to compensate more complex dynamics and at the same time the restriction of computational complexity so that it could be embedded in the hardware of a mobile robot. The stability properties were proven by the principle of assintotic stability proposed by Lyapunov and the performance of the strategies were verifed through both simulations and experiments using Robotino, an omnidirectional mobile robot produced by Festo Didatics and a performance gain was observed when compared with the neural network without the recurrence.

3
  • REINALDO AGOSTINHO DE SOUZA FILHO
  • Uma implementação do OpenMP para o sistema operacional Nanvix

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • HENRIQUE COTA DE FREITAS
  • KAYO GONCALVES E SILVA
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • TIAGO TAVARES LEITE BARROS
  • Data: 26/04/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • Programar sistemas embarcados com múltiplos núcleos de processamentos não é uma tarefa trivial pois, em muitos casos, esses sistemas não têm suporte a interfaces de programação paralela que requerem o suporte de um sistema operacional. Esse trabalho implementa uma versão da interface de programação paralela Open Multi Processing (OpenMP) para o sistema operacional Nanvix. A OpenMP é uma interface de desenvolvimento de aplicações paralelas que permite a abstração intuitiva do paralelismo e da divisão da carga de trabalho nos processos. Na utilização de projetos com códigos embarcados, é comum haver limitações de memória nas plataformas utilizadas. Isto pode inviabilizar o uso de sistemas operacionais que implementam interfaces amigáveis para a programação. Os sistemas operacionais utilizados em plataformas de processamento embarcado costumam ser limitados em programabilidade, exigindo que o programador tenha um vasto conhecimento de processos do sistema operacional e da arquitetura de hardware utilizada. O Nanvix é um sistema operacional desenvolvido para plataformas embarcadas de múltiplos núcleos de processamento com foco em ser leve o suficiente para a utilização em ambientes com restrição de memória, mas, ao mesmo tempo, com foco na utilização de padrões que facilitam a programação. O Nanvix possui interfaces de programação paralela nativas que se inspiram no padrão Portable Operating System Interface (POSIX) utilizado para a implementação de algumas versões de OpenMP, sendo então esperado que seja possível criar uma versão para o Nanvix que resultará em uma com maior facilidade de programação em paralelo para o sistema operacional. Nesse trabalho a versão de OpenMP implementada utiliza o compilador do Nanvix para traduzir as diretivas de compilação e foi criada uma biblioteca para as rotinas de execução, sendo esta testada através de um emulador de arquitetura RISC-V. Para validação, foram utilizadas aplicações com a versão de OpenMP e versões equivalentes na biblioteca de programação paralela nativa do Nanvix. Os resultados mostraram que, em alguns casos, o OpenMP possui maior eficiência que a interface de programação paralela nativa do Nanvix e, em outros casos tem mais alto desempenho. A programabilidade do Nanvix foi melhorada com OpenMP diminuindo o tempo de desenvolvimento de aplicações paralelas sem grande perda de desempenho e, em alguns casos, com ganho de eficiência.


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  • Multicore programming is not a trivial task. In some cases, multicore systems have no parallel programming interfaces, which requires operating system support to be made available. This work implements a version of the development interface of parallel programming Open Multi-Processing (OpenMP) for the Nanvix operating system. OpenMP is a parallel application development interface that allows for the intuitive abstraction of parallelism and the division of workload across processes. It is common to have memory limitations in platforms that embed codes in their projects. These memory limitations could make unavailable the use of an operating system with programming-friendly interfaces. The system software of embedded processing platforms is limited in programmability, requiring more knowledge from the programmer about the process and the hardware architecture used. The Nanvix is an operating system embedded in multicore platforms, being light enough to fit in memory restriction environments; however, it has standards that ease the programming. The Nanvix includes native parallel programming interfaces inspired on the Portable Operating System Interface (POSIX) adopted to implement some versions of OpenMP, that hopes to build an OpenMP version to the Nanvix it is going to result in easy coding for the operating system. In this work, the version of OpenMP uses Nanvix’s compilator to translate the compilation directives, and it assembles a library to the running routines. It was tested in an emulator of the RISC-V architecture. Some applications were built in the OpenMP version and their equivalent on the native Nanvix library of parallel programming to validate the library. The results show that, in some cases, OpenMP has more parallel efficiency compared to Nanvix’s native API, but in other cases, it has more performance. The programmability of Nanvix is improved with OpenMP, lowering the development time of parallel applications without a considerable performance loss, and in some cases, it is improving efficiency.

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  • MÁRCIO LUIZ BEZERRA LOPES JÚNIOR
  • Estratificação do risco de parto prematuro no Brasil por meio de métodos de aprendizagem não supervisionados e dados socioeconômicos

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEXANDRE DIAS PORTO CHIAVEGATTO FILHO
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LEONARDO ALVES DIAS
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • RAQUEL DE MELO BARBOSA
  • Data: 29/04/2022
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  • Nascimento prematuro (PTB) é um fenômeno que traz riscos e desafios à sobrevivência de um recém-nascido. Apesar de muitos avanços na pesquisa, nem todas as causas do PTB estão bem definidas. Atualmente, entende-se que risco de PTB é multifatorial e que pode, também, estar associado a fatores socioeconômicos. Objetivando analisar essa possível relação, este trabalho busca estratificar o risco de PTB no Brasil utilizando-se apenas de dados socioeconômicos, extraindo e analisando clusters que apresentarem divergência relevante de PTB, todos os quais serão descobertos por processos de clusterização automáticos usando uma série de métodos de aprendizagem de máquina não-supervisionada. Através do uso de bancos de dados públicos disponibilizados pelo Governo Federal do Brasil, um novo banco de dados foi gerado com dados socioeconômicos a nível municipal e uma taxa de ocorrência de PTB. Esse banco de dados foi processado utilizando dois métodos de clusterização distintos, ambos construídos através da união de métodos de aprendizagem não-supervisionada, tais como $k$-médias, análise de componentes principais (PCA), clusterização espacial baseada em densidade de aplicações com ruído (DBSCAN), mapas auto-organizáveis (SOM) e clusterização hierárquica. Os clusters com alto PTB foram formados majoritariamente por municípios com baixos níveis educacionais, com pior qualidade de serviços públicos -- como saneamento básico e coleta de lixo -- e com populações mais brancas. A distribuição dos clusters também foi observada, com clusters com alto PTB concentrados nas regiões Norte e Nordeste. Os resultados indicam, uma influência positiva da qualidade de vida e da oferta de serviços públicos na redução do risco de PTB.


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  • Preterm birth (PTB) is a phenomenon that brings risks and challenges for the survival of the newborn child. Despite many advances in research, not all the causes of PTB are yet clear. It is currently understood that PTB risk is multi-factorial and may also be associated with socioeconomic factors. In order to analyse this possible relationship, this work seeks to stratify PTB risk in Brazil using only socioeconomic data, extracting and analysing those clusters that present relevant PTB divergence, all of which will be found by automatic clustering processes using a series of unsupervised machine learning methods. Through the use of datasets made publicly available by the Federal Government of Brazil, a new dataset was generated with municipality-level socioeconomic data and a PTB occurrence rate. This dataset was processed using two separate clustering methods, both built by assembling unsupervised learning techniques, such as $k$-means, principal component analysis (PCA), density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN), self-organising maps (SOM) and hierarchical clustering. The methods discovered clusters of municipalities with both high levels and low levels of PTB occurrence. The clusters with high PTB were comprised mostly of municipalities with lower levels of education, worse quality of public services -- such as basic sanitation and garbage collection -- and a less white population. The regional distribution of the clusters was also observed, with clusters of high PTB located mostly in the North and Northeast regions of Brazil. The results indicate a positive influence of the quality of life and the offer of public services on the reduction of PTB risk.

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  • PAULO RANNIER COSTA DA SILVA
  • Medição da Taxa de Consumo de Oxigênio usando o Modulador Sigma Delta no Domínio Biológico em Sistemas de Lodo Ativado

  • Orientador : SEBASTIAN YURI CAVALCANTI CATUNDA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO WALLACE ANTUNES SOARES
  • BRUNO AUGUSTO FERREIRA VITORINO
  • DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
  • SEBASTIAN YURI CAVALCANTI CATUNDA
  • Data: 03/05/2022
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  • O sistema de lodo ativado é um método de tratamento de águas residuais doméstico e industrial capaz de remover compostos poluentes, por meio do metabolismo das bactérias aeróbicas. A Taxa de Consumo de Oxigênio (TCO) é um parâmetro importante na avaliação e monitoramento do sistema de lodo ativado, uma vez que a TCO permite avaliar a biodegradação da matéria orgânica poluente. Neste trabalho, propomos um método para medir a TCO baseada na arquitetura do modulador sigma delta de primeira ordem no domínio biológico. Nesse método, as funções operacionais do modulador sigma delta serão desempenhadas por processos biológicos e por circuitos eletrônicos. O método proposto possui algumas vantagens sobre os métodos existentes de medição da TCO. Quando comparado ao método clássico, melhora a resposta dinâmica, diminui e fixa o tempo de
    amostragem; quando comparado ao método PWM, introduz os benefícios de modelagem de ruído e sobreamostragem. O desempenho do modelo proposto é demonstrado através de simulações.


  • Mostrar Abstract
  • The activated sludge system is a wastewater treatment method, capable of removing water pollutants using aerobic bacteria metabolism. The oxygen uptake rate (OUR) is an important parameter to the evaluation and monitoring of the activated sludge system, since it allows evaluating the biodegradation of polluting organic matter. In this work,
    we propose a method to measure OUR based on the architecture of the first order sigma delta modulator in the biological domain. In this method, the operational functions of the sigma delta modulator will be performed by biological processes and electronic circuits. The proposed method has some advantages over existing OUR measurement methods. When compared to the classical method, it improves the dynamic response, decreases and
    fixes the sampling time; when compared to the PWM method, it introduces the benefits of noise modeling and oversampling. The performance of the proposed model is demonstrated through simulations.

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  • ARTHUR DA COSTA FERNANDES
  • Estudos em Tempo Real da Técnica de Chaveamentos Corretivos

  • Orientador : MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARRHENIUS VINICIUS DA COSTA OLIVEIRA
  • AYLANNA RAQUEL DA COSTA OLIVEIRA
  • EDNARDO PEREIRA DA ROCHA
  • MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MAX CHIANCA PIMENTEL FILHO
  • Data: 26/07/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • Com o crescimento de tecnologias para automatização de sistemas elétricos é importante criar formas de manter o fornecimento de energia elétrica mesmo em situações anormais, com resoluções rápidas e de baixo custo, utilizando a restrição de carga apenas como último recurso. A técnica de Chaveamentos Corretivos é uma ferramenta capaz de realizar o controle de fluxo de potência de redes malhadas através da mudança da topologia da rede. A principal vantagem dessa metodologia de controle é que ela não envolve custos adicionais, haja vista que sua implementação depende de manobras de elementos já presentes na rede. Em trabalhos anteriores, diversas técnicas e metodologias foram desenvolvidas para diminuir o tempo computacional necessário para a implementação da técnica, vislumbrando sua aplicação na operação de sistemas em tempo real. O presente trabalho objetiva a elaboração de um programa computacional capaz de identificar sobrecargas em ramos do sistema e reconfigurar a rede em tempo real através da técnica de Chaveamentos Corretivos. As simulações de redes elétricas em tempo real serão realizadas através de um RTS (Real Time Simulator). O programa computacional com as técnicas e metodologias utilizadas para escolha da variante de chaveamento será desenvolvido no software Scilab, que realiza a troca de informações com a simulação em tempo real no RTS. Para que a técnica pudesse ter um bom desempenho nas simulações, também são utilizadas técnicas de linearização para reduzir o tempo computacional. Por fim, apresentam-se análises dos resultados obtidos com a simulação da técnica de chaveamentos corretivos em tempo real.


  • Mostrar Abstract
  • With the growth of technologies for the automation of electrical systems, it is important to create ways to maintain the supply of electrical energy even in abnormal situations, with fast and low-cost resolutions, keeping load restriction as a last resort. The Corrective Switching technique is a tool capable of controlling the power flow of meshed networks by changing the network topology. The main advantage of this control methodology is that it does not involve additional costs, since its implementation depends on maneuvers by elements already present in the network. In previous works, several techniques and methodologies were developed to reduce the computational time needed to implement the technique, envisioning its application in the operation of systems in real-time. The present work aims to develop a computer program capable of identifying overloads in branches of the system and reconfiguring the network in real-time through the Corrective Switching technique. The simulations of electrical networks in real-time will be carried out through RTS. The computer program with the techniques and methodologies used to choose the switching variant will be developed using Scilab software, which will exchange information with the simulation in real-time in RTS. To improve the performance of the technique in the simulations, linearization techniques were also used to gain computational time. Finally, analysis of the results obtained from simulating the corrective switching technique in real time is presented.

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  • EMANOEL LUCAS RODRIGUES COSTA
  • Mapas Auto-Organizáveis Aplicados à Análise de Poluentes Atmosféricos

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • CRISTIANO HORA DE OLIVEIRA FONTES
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • ÉDLER LINS DE ALBUQUERQUE
  • Data: 27/07/2022
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  • A poluição atmosférica é um problema que está cada vez mais presente em nossa sociedade devido ao crescente desenvolvimento dos países. No estudo de poluentes atmosféricos, métodos de estatística multivariada são comumente utilizados, porém a aprendizagem de máquina tem se mostrado uma ótima alternativa, dispondo de técnicas capazes de lidar com problemas de grande complexidade, como é o caso da poluição do ar. Neste trabalho, a técnica de aprendizagem de máquina, Mapas Auto-Organizáveis (SOM), foi utilizada para exploração e análise de dados de poluentes atmosféricos e parâmetros metereológicos de uma rede de monitoramento da qualidade do ar, com estações localizadas na cidade de Salvador - Bahia. O SOM oferece diversos recursos capazes de tornar o estudo de dados mais abragente, os quais foram utilizados tanto para o desenvolvimento de uma análise individual quanto conjunta sobre as estações, que poderam também ser comparados brevemente com uma análise de componentes principais. A partir da visualização dos planos de componentes, padrões entre as variáveis de qualidade do ar poderam ser identificados, assim como a observação das correlações apresentadas, as quais foram mais especificamente descritas por uma análise hierárquica de similaridade, permitindo levantar premissas sobre a sua influência, formações e possíveis fontes de emissão, com uma melhor descrição dos resultados. Além disso, com base na disposição dos neurônios no mapa, um estudo no que se refere a agrupamentos dos dados pôde ser efetuado, possibilitando um balanço sobre as amostras e formação de lusters, caracterizando dessa forma informações ligadas às concentrações de poluentes, com suas especificidades e como elas podem estar relacionadas a cada estação de monitoramento de acordo com a divisão e disposição dos neurônios.


  • Mostrar Abstract
  • Air pollution is a problem that is increasingly present in our society due to the growing development of countries. In the study of air pollutants, multivariate statistical methods are commonly used, however, machine learning has proved to be a great alternative, presenting techniques capable of dealing with highly complex problems, such as air pollution. In this work, the machine learning technique, Self-Organizing Maps (SOM), was used to explore and analyze data on atmospheric pollutants and meteorological parameters from an air quality monitoring network, with stations located in the city of Salvador - Bahia. SOM offers several resources capable of making the study of data more comprehensive, which were used for the development of an individual and mutual analysis on the stations, being also briefly compared with a principal component analysis. From the visualization of the component planes, patterns between the air quality variables could be identified, as well as the observation of the present correlations, which were more specifically described by a hierarchical analysis of similarity, allowing to raise assumptions about their influence, formations and possible sources of emission, with a better description of the results. In addition, based on the arrangement of the neurons on the map, a study regarding data clusters could be carried out, enabling a balance on the samples and formation of clusters, characterizing in this way information related to the concentrations of pollutants, with their specificities and how they can be related to each monitoring station according to the division and arrangement of neurons.

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  • LUISA CHRISTINA DE SOUZA
  • Nova proposta de representação de genoma viral aplicada na classificação do SARS-CoV-2 com aprendizagem profunda

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • LEONARDO ALVES DIAS
  • Data: 19/08/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • Em dezembro de 2019, o primeiro caso de COVID-19 foi descrito em Wuhan, na China, e em abril de 2021, já haviam 136 milhões de casos confirmados. Devido a rápida propagação do vírus, esforços vêm sendo
    realizados pela comunidade científica para o desenvolvimento de técnicas de classificação viral do SARS-CoV-2. Neste trabalho, foi desenvolvido, utilizando um conjunto de técnicas de Processamento de Sinais Genômicos, uma nova proposta de representação dos dados genéticos de amostras de seis vírus da família Coronaviridae, a qual pertence o vírus SARS-CoV-2. Em seguida, o mapeamento realizado foi empregado a uma arquitetura de aprendizagem profunda para a classificação das amostras virais, obtendo acurácia de 94% e 91% para os tamanhos 64 e 128 da redimensão das sequências, respectivamente, além de obter 100% de sensibilidade para os vetores com tamanho 64. Por fim, dada a taxa de mutação de vírus de RNA, novas variantes surgiram e com elas a possibilidade de aumento de casos. Foi então realizado, utilizando a técnica desenvolvida, uma análise da evolução de quatro variantes de preocupação em três procedimentos de classificação viral, os resultados obtidos auxiliam na compreensão das relações filogenéticas entre as variantes.


  • Mostrar Abstract
  • In December of 2019, the first case of COVID-19 was found in Wuhan, China, and in April of 2021, there were already 136 million confirmed cases. Due to the virus fast propagation, the scientific community has been making efforts to develop viral classifications techniques for the SARS-CoV-2. In this work, was developed, using a set of techniques from Genomic Signal Processing, a new proposal of genomic data representation of six viruses from the Coronaviridae family, which the SARS-CoV-2 belongs to. Then, the accomplished mapping was applied in a deep learning architecture for the samples' viral classification, obtaining accuracy of 94% e 91% for the sequences resized for the sizes of 64 and 128, respectively, also obtaining sensibility of 100% for the vectors with size 64. Lastly, given the mutation rate of the RNA virus, new variants emerged, and with them the possibility of an increase in cases. It was then, using the developed technique, carried out an analysis of the evolution of four variants of concern in three viral classification procedures, the results obtained aided comprehending the phylogenetic relationships between the variants.

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  • KAROLAYNE SANTOS DE AZEVEDO
  • Aprendizagem Profunda Aplicada à Classificação e Avaliação do Comportamento do SARS-CoV-2

  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • SERGIO NATAN SILVA
  • Data: 19/08/2022
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  • O novo Beta Coronavírus, oficialmente nomeado como SARS-CoV-2 (Síndrome Respiratória Aguda Grave Coronavírus - 2 - SARS-CoV-2) é o vírus causador da doença COVID-19. Pertencente à família de vírus Coronaviridae, o SARS-CoV-2, é um vírus envelopado de RNA e fita simples de sentido positivo que contém quase 30.000 pares de base base-pair - bp). Vírus de RNA  tendem a sofrer mais modificações do que os vírus de DNA. Assim, quando um vírus está circulando amplamente numa população e ocasionando muitas infecções,  a probabilidade de seu genoma sofrer modificações aumenta, podendo afetar negativamente algumas de suas propriedades,  tornando-se mais transmissíveis  e/ou ainda mais letais. Dentro desse contexto, este trabalho propõe uma ferramenta, baseada em aprendizado de máquina, na qual faz uso de uma rede neural convolucional (CNN) profunda de uma dimensão (1D), destinada à classificação e comparação de genomas virais do novo SARS-CoV-2. Como entrada, foram utilizadas amostras genômicas completas de DNAc (DNA complementar), cujo tamanho varia entre 26342 e 31029 pares de base (base-pair - bp) de comprimento. Ao contrário da maioria das abordagens apresentadas na literatura, os resultados obtidos por esta ferramenta envolvendo a classificação do vírus, da mesma família, revelam valores altos para as métricas de desempenho mostrando-se mais confiáveis se comparados com os trabalhos discutidos no estado da arte. O modelo proposto, também foi utilizado para verificar possíveis alterações nas sequências genômicas das principais variantes de preocupação (alpha, beta, gamma), ao longo de um período de tempo, por meio de seus valores de acurácia, obtidos por meio da classificação entre as variantes. Para este experimento, foram utilizadas amostras genômicas do GISAID  (Global Initiative on Sharing All Influenza Data - GISAID) que hospeda, também, dados epidemiológicos e clínicos referentes a todas as variantes relacionadas ao SARS-CoV-2. Os resultados obtidos neste experimento, indicam que o modelo pode ser utilizado, não somente para a classificação do vírus da família Coronaviridae, como também para prever o  comportamento das variantes do SARS-CoV-2  ao longo do tempo.



  • Mostrar Abstract
  • The new Beta Coronavirus, officially named SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus - 2 - SARS-CoV-2) is the virus causing COVID-19 disease. A member of the Coronaviridae family of viruses, SARS-CoV-2 is a positive-sense, single-stranded RNA enveloped virus that contains nearly 30,000 base-pair pairs - bp).RNA viruses tend to undergo more modifications than DNA viruses. Thus, when a virus is circulating widely in a population and causing many infections, the probability of its genome undergoing modifications increases, which may negatively affect some of its properties, becoming more transmissible and/or even more lethal. Within this context, this work proposes a tool, based on machine learning, which makes use of a deep one-dimensional (1D) convolutional neural network (CNN), intended for the classification and comparison of viral genomes of the new SARS-CoV - 2. As input, complete genomic cDNA samples (complementary DNA) were used, whose size varies between 26342 and 31029 base pairs (base-pair - bp) in length. Contrary to most approaches presented in the literature, the results obtained by this tool involving the classification of viruses, from the same family, reveal high values for the performance metrics, proving to be more reliable when compared to the works discussed in the state of the art. The proposed model was also used to verify possible changes in the genomic sequences of the main concern variants (alpha, beta, gamma), over a period of time, through their accuracy values, obtained through the classification between the variants.For this experiment, genomic samples from GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data - GISAID) were used, which also hosts epidemiological and clinical data referring to all variants related to SARS-CoV-2. The results obtained in this experiment indicate that the model can be used not only for classifying the virus of the Coronaviridae family, but also for predicting the behavior of SARS-CoV-2 variants over time.

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  • ARTHUR ANDRADE BEZERRA
  • Dispositivos internos para coleta automática de dados de material particulado no ar na prevenção de COVID-19 e outras endemias de síndrome respiratória aguda grave

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDOUGLAS GONÇALVES DA SILVA JÚNIOR
  • DAVI HENRIQUE DOS SANTOS
  • JULIO CESAR PAULINO DE MELO
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • Data: 26/08/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • Este trabalho propõe o desenvolvimento, calibração e validação de um dispositivo capaz de capturar ativamente dados relacionados à aferição de qualidade do ar para uma futura prevenção e comparação com índices de dados pandêmicos/endêmicos por localização utilizando sensores PM2.5, temperatura e umidade, juntamente com um microcontrolador capaz de enviar todas as informações necessárias para um banco de dados. Por ser um projeto que necessita de grande escala para que seja possível capturar índices de qualidade do ar na maior quantidade de pontos possível visando obter dados com uma granularidade muito alta, o desenvolvimento está sendo pensado sempre visualizando o custo-benefício dos componentes utilizados para que seja possível replicar, e também o desenvolvimento faz parte de um projeto maior, que deverá disponibilizar à comunidade uma plataforma completa, capaz de fornecer dados de qualidade do ar em tempo real.


  • Mostrar Abstract
  • Este trabalho ou projeto de detecção de qualidade relevante, detectou e detectou ativamente um dispositivo de previsão de previsão e comparação com índices de dados de medição de previsão/final de qualidade com um microcontrole capaz de enviar como informações apresentadas para um banco de todos os dados. Por ser um projeto que necessita de grande escala para que seja possível capturar índices de qualidade do maior número de pontos possível para obter dados com uma granularidade muito alta, o desenvolvimento está sendo pensado semper visualizando o custo-benefício dos componentes para que replicar, e também o desenvolvimento faz parte de um projeto maior possível, que deve ser disponibilizado à comunidade uma plataforma completa, capaz de fornecer dados de qualidade do ar em tempo real.

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  • FÁBIO HENRIQUE DE CARVALHO FERRAZ
  • Um Método de Sintonia de Controladores PID Multivariáveis Baseado em Otimização para Sistemas Lineares Sob Restrições

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • TIAGO ALVES DE ALMEIDA
  • Data: 07/10/2022
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • Neste trabalho é proposto um método de sintonia de controladores PID, baseado em otimização, para sistemas lineares multivariáveis de tempo discreto sujeitos a restrições nas variáveis de saída e saturação dos atuadores. A partir de uma modelagem politópica da saturação, são apresentadas condições para que um poliedro contido no conjunto de restrições seja positivamente invariante em relação a um sistema em malha fechada com um controlador PID multivariável. Tais condições são usadas na formulação de um problema de otimização não-linear, cuja solução fornece os parâmetros dos controladores que satisfazem as restrições, garante estabilidade local e otimiza o desempenho do sistema em malha fechada. São analisados tanto um controlador centralizado quanto um descentralizado. A eficiência do método proposto é avaliada a partir de resultados de simulação numérica.


  • Mostrar Abstract
  • In this work we propose a methodbased on optimization for tuning PID controllers, for linear Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) discrete-time systems subject to constraints on the output variables and saturation of the actuators. From a polytopic modeling of saturation, conditions are presented for a polyhedron contained in the set of constraints to be positively invariant with respect to a closed-loop system with a MIMO PID controller. Such conditions are used in the formulation of a nonlinear optimization problem, whose solution provides the controller parameters that satisfy the constraints, guarantee local stability and optimize the performance of the closed loop system. Both a centralized and a decentralized controller are analyzed. The efficiency of the proposed method is evaluated from numerical simulation results.

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  • ALAN RODRIGUES DE SOUSA
  • Contribuições na Estratégia de Controle por Modos Deslizantes Aplicados a Conversores Formadores de Rede.

  • Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEXANDRE CUNHA OLIVEIRA
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • THIAGO DE OLIVEIRA ALVES ROCHA
  • Data: 09/11/2022
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • Os sistemas de geração distribuída, que utilizam fontes renováveis de energia, estão cada vez
    mais presentes devido à necessidade de suprir a demanda de energia e as restrições
    ambientais. Geralmente, tais sistemas de geração são conectados à rede elétrica por meio de
    conversores de potência e, a sua integração à, pode produzir instabilidade no sistema elétrico.
    Com o avanço da eletrônica de potência e a vasta gama de aplicações que envolvem os
    conversores monofásicos de tensão, é possível, com a estratégia de controle adequada,
    contornar os problemas de instabilidade e, também, oferecer melhorias na qualidade da
    energia. Para isso, diversas técnicas de controle têm sido estudadas com esse intuito, no
    entanto, as técnicas clássicas falham por não possuir robustez a incertezas paramétricas e são
    dependentes do modelo do sistema. Assim, o controle por modos deslizantes tem ganhado
    espaço no controle de conversores por se tratar de uma técnica robusta a incertezas
    paramétricas e ser independente do modelo do sistema, mas a presença de ondulações na
    variável controlada em regime permanente é sua principal desvantagem. Esta dissertação
    apresenta uma estratégia de controle por modos deslizantes aplicada à conversores
    monofásicos formadores de rede. A estratégia proposta emprega ferramentas analíticas de
    sistemas lineares para determinar a localização adequada dos polos em malha fechada quando
    restritos a superfície e deslizamento. Além disso, é utilizando uma estrutura simplificada para
    o controle interno de corrente. Resultados de simulação obtidos de um VSI monofásico
    conectado à rede operando em diferentes condições operacionais demonstram a eficácia da
    solução proposta.


  • Mostrar Abstract
  • Distributed generation systems, which use renewable energy sources, are increasingly present
    due to the need to meet energy demand and environmental restrictions. Generally, such
    generation systems are connected to the electrical grid by means of power converters and,
    their integration into it, can produce instability in the electrical system. With the advancement
    in power electronics and the wide range of applications involving single-phase voltage
    converters, it is possible, with the appropriate control strategy, to dodge instability problems
    and also to offer improvements in power quality. For this, several control techniques have
    been studied for this purpose, however, the classical techniques fail for not having robustness
    to parametric uncertainties and are dependent on the system model. Thus, the control by
    sliding modes has gained space in the control of converters because it is a robust technique to
    parametric uncertainties and is independent of the system model, but the presence of
    chattering in the controlled variable in steady state is its main disadvantage. This master
    thesis presents a sliding mode control strategy applied to single-phase grid-forming converters.
    The proposed strategy employs linear systems analytical tools to determine the of closed-loop
    poles' suitable location when constrained to the splip surface. Furthermore, it is using a
    simplified structure for the internal current control. Simulation results obtained from a single-
    phase VSI connected to the grid operating under different operational conditions demonstrate
    the effectiveness of the proposed solution.

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  • AMANDA KARINE MIRANDA DE OLIVEIRA
  •  

    CARACTERIZAÇÃO DA ATENUAÇÃO DE SINAIS DE RÁDIO FREQUÊNCIA POR BLOCOS CERAMICOS E DE GESSO EMPREGADOS EM ALVENARIA

  • Orientador : VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • ERICA NATASCHE DE MEDEIROS GURGEL PINTO
  • FRED SIZENANDO ROSSITER PINHEIRO
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 27/12/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • Nos últimos anos, o desenvolvimento tecnológico e os avanços nos estudos de sistemas de comunicação baseados em rádio-frequência (RF) têm fomentado diversas pesquisas, com destaque para a propagação de sinais de RF no ambiente indoor. No entanto, ainda há um espaço não preenchido no que diz respeito à pesquisa sobre a influência de materiais da construção civil no desempenho de propagação desses sinais de rádio. Este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento dos sinais de RF ao alcançarem obstáculos de elementos construtivos baseados em blocos cerâmicos e de gesso, e determinar experimentalmente a atenuação provocada por esses materiais, que são usualmente empregados no cenário da construção civil. Um setup de medição é proposto neste trabalho e amostras desses materiais foram submetidas aos sinais de RF na faixa de frequência entre 700 MHz a 2500 MHz. Foram analisadas 03 amostras de cada tipo de material e os resultados medidos para a atenuação dos sinais foram estatisticamente tratados e comparados. Os resultados indicam que a atenuação do sinal de RF depende do tipo de material empregado e de sua composição, sendo, portanto, necessário desenvolver estudos na tentativa de propor novos materiais que atendam aos requisitos de resistência demandados pela construção civil e minimize as perdas de propagação desses sinais no ambiente indoor



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  • In recent years, technological development and advances in the studies of communication systems based on radio-frequency (RF) have fostered several researches, with emphasis on the propagation of RF signals in the indoor environment. However, there is still an unfilled space with regard to research on the influence of construction materials on the propagation performance of these radio signals. This work aims to study the behavior of RF signals when reaching obstacles of building elements based on ceramic blocks, gypsum blocks and concrete blocks, and to experimentally determine the attenuation caused by these materials, which are currently most used in the construction civil. A measurement setup is proposed in this work and samples of these materials were subjected to RF signals in the frequency range between 700 MHz to 2500 MHz.They were analyzed in 03 samples of each type of material and the measured results for the attenuation of the signals were statistically treated and compared. The results indicate that the attenuation of the RF signal depends on the type of material used and its composition, therefore, it is necessary to develop studies in an attempt to propose new materials that meet the strength requirements demanded by civil construction and minimize the propagation losses of these signs in the indoor environment.

Teses
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  • BRUNO SÁTIRO DA SILVA
  • Método do Circuito Equivalente Aplicado em Geometrias Anelares para Projetos de Superfícies Seletivas em Frequência Complementares

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALFREDO GOMES NETO
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • MAURICIO WEBER BENJÓ DA SILVA
  • Data: 16/02/2022

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  • O controle seletivo em frequência do fluxo de ondas eletromagnéticas torna as superfícies seletivas em frequência (FSS) um contínuo objeto de estudo por cientistas da área de eletromagnetismo aplicado. Com diversas possibilidades de uso em variados contextos da engenharia, as FSS podem ser utilizadas desde como uma ferramenta na melhoria da eficiência de antenas, passando por blindagem eletromagnética seletiva de ambientes, e até na detecção de falhas em estruturas de concreto, como pilares de pontes, além de muitas outras aplicações. Uma classe em específico das FSS são as superfícies complementares seletivas em frequência (CFSS, Complementary Frequency Selective Surface) que possuem características em conjunto muito interessantes como: alta estabilidade angular, possibilidade de múltiplas bandas de transmissão e/ou reflexão e a aplicação da técnica de miniaturização no projeto das mesmas. A análise e o projeto desse tipo estrutura são comumente realizados por meio de softwares comerciais que implementam os chamados métodos de onda completa (FWM, Full wave method) que, apesar de apresentarem respostas confiáveis e precisas, demandam um alto esforço computacional, impactando em um maior tempo para a obtenção dos resultados, além de exigirem licença para uso. O modelo do circuito equivalente (ECM, Equivalent circuit model) traz equações aproximadas que, por meio do cálculo de impedâncias relacionadas à geometria da célula unitária, modelam o comportamento de uma FSS no domínio da frequência de forma mais rápida devido à simplicidade das fórmulas que podem ser implementadas em softwares livres em diversas linguagens de programação, exibindo respostas com uma boa concordância quando comparado aos métodos de onda completa. Este trabalho tem como objetivo a otimização do ECM quando aplicado a superfícies seletivas em frequência complementares formadas por anéis, unindo as interessantes características tanto da estrutura cascateada quanto da geometria. O estudo se desenvolve paralelamente com técnicas vindas da teoria de linhas de transmissão e de algoritmos genéticos para maior eficácia do método.


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  • The benefits of frequency-selective control of electromagnetic wave flow make frequency selective surface (FSS) a continuous subject of study in applied electromagnetism areas. With a wide range of applications in various engineering fields, FSS can be used, for example, as an antenna efficiency improvement tool, used for selective electromagnetic shielding, and even for fault detection in concrete structures such as bridge pillars. One particular class of FSS is the Complementary Frequency Selective Surface (CFSS) which has very interesting features together such as high angular stability, multiple transmission and/or reflection bands, and unit cell miniaturization. The analysis and design of this type of structure are commonly performed using commercial software that implements the so-called full-wave methods (FWM) which, despite having reliable responses, requires a license to use and demands high computational effort, impacting a longer time to obtain results. The Equivalent Circuit Model (ECM) provides approximate equations that, by calculating impedances related to unit cell geometry, model the behavior of frequency-selective surfaces in the frequency domain faster due to simplified formulas, which can be implemented in free software in many different programming languages, showing good agreement when compared to full-wave methods. This research aims to optimize the ECM when applied to complementary frequency selective surfaces formed by rings, uniting the interesting characteristics of both the cascade structure and the geometry. The study is paralleled with output techniques from transmission line theory and genetic algorithms for greater effectiveness of the method.

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  • ELIZABETH VIVIANA CABRERA AVILA
  • Otimização por Janela Deslizante para Fusão de Odometria Visual Estéreo

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON ABNER DE SANTANA SOUZA
  • BRUNO MARQUES FERREIRA DA SILVA
  • JOAO MORENO VILAS BOAS DE SOUZA SILVA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • Data: 18/02/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • A estimativa precisa de movimento é uma tarefa essencial realizada na navegação de agentes móveis autônomos (aéreos ou terrestres) e na navegação de robôs. Nesta tese, propomos reduzir o erro da odometria visual estéreo ao usar poses de 6 graus de liberdade por meio de uma abordagem de fusão de odometria visual baseada na otimização por grafos usando informações redundantes capturadas do ambiente. Nossa abordagem usa dois conjuntos de imagens estéreo conseguidas a partir de um conjunto de dados público capturado com uma plataforma móvel montada no topo de um robô Pioneer 3AT para calcular a odometria estéreo independente empregando o algoritmo LIBVISO e, posteriormente, fundindo-os. Nossos resultados são comparados com dois modelos de SLAM muito conhecidos, o ORB-SLAM2 e o UCOSLAM, tendo como entrada para o algoritmo o par de odometria estéreo. O erro de pose relativo, das poses fundidas, diminui em até 94 \% em relação ao erro da odometria estéreo e em até 91 \% em comparação com os resultados do UCOSLAM. Nossas implementações são de código aberto e usam bibliotecas públicas.


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  • Accurate motion estimation is an essential task accomplished in autonomous mobile agents' navigation (aerial or ground) and in robots navigation. In this thesis, we propose to reduce the error of stereo visual odometry when using 6 degrees of freedom poses through a graph optimization-based visual odometry fusion approach using the redundancy of captured information from the environment. Our approach uses two stereo images sets of a public dataset captured with a moving platform mounted on the top of a robot Pioneer 3AT to compute independent stereo odometry employing the LIBVISO algorithm and later fuse them. Our results are compared against two recognized SLAM frameworks ORB-SLAM2 and UCOSLAM and with the stereo odometry algorithm input. The relative pose error of the fused poses decreases by up to 94\% in relation to the error of stereo odometry and by up to 91\% compared with the results of UCOSLAM. Our implementations are open source and use public libraries.

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  • ROSANA CIBELY BATISTA REGO
  • Controle inteligente baseado em estabilidade de Lyapunov

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADEMAR GONÇALVES DA COSTA JÚNIOR
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MARCUS VINICUS SILVÉRIO COSTA
  • TAKASHI YONEYAMA
  • Data: 23/02/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • A realização de controle de sistemas dinâmicos não lineares desempenha um papel crucial, pois na prática, a maioria dos sistemas físicos são não lineares. No entanto, realizar o controle de sistemas não lineares não é uma tarefa simples, embora muitos métodos tenham sido desenvolvidos. Existem ainda alguns problemas a serem resolvidos como o controle dos movimentos e equilíbrio em robôs humanoides e as imprecisões de modelagem de um veículo subaquático autônomo, que possui um ângulo de inclinação pequeno. Para realizar o projeto de controle e estabilidade de um sistema não linear, geralmente, uma função de Lyapunov é usada. O procedimento para obter uma função de Lyapunov não é uma tarefa simples. Existem métodos numéricos na literatura que lidam com o problema de obter as funções de Lyapunov para vários tipos de sistemas. Uma fer- ramenta útil para aproximar ou gerar funções é uma rede neural artificial. Neste contexto, neste trabalho é explorada a capacidade de uma rede neural em aproximar funções de Lya- punov para sistemas não lineares. Além disso, é proposto a utilização de uma rede neural profunda para calcular uma função de Lyapunov de controle sem qualquer aproximação linear para sistemas não lineares. Ademais, neste trabalho é desenvolvido um controle baseado em aprendizagem, em que a estabilidade do ponto de equilíbrio e uma estimativa de sua região de atração contida no conjunto de estados são obtidas. Simulações de ex- emplos numéricos e experimentos com o pendulo invertido e rotacional são realizados e comparações com métodos convencionais são apresentadas.


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  • Nonlinear dynamical systems play a crucial role in control systems because, in prac- tice, most of the plants are nonlinear. However, achieving control for nonlinear systems is not simple though many methods have been developed. There are still some problems to be solved, as robust control balance in humanoid robots and the modeling inaccuracies of the autonomous underwater vehicle, which has a small-pitch-angle. Usually, a Lyapunov function is used to perform a control and stability analysis of a nonlinear system. The procedure for obtaining a Lyapunov function is not a simple task. There have been many efforts and numerical methods in the literature on how to estimate Lyapunov functions for several kinds of systems. An artificial neural network is a useful tool for generat- ing functions. Motivated by this, we investigated the capability of a neural network to compute Lyapunov functions and provide a deep neural network to compute a control Lyapunov function without any linear approximation for nonlinear systems. Moreover, we examined the equilibrium point stability and obtained an estimation of its region of attraction contained in the set. Numerical examples and experimental simulations using some nonlinear systems, such as the inverted pendulum and the rotary inverted pendulum, are performed and compared with some conventional control techniques.

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  • MARIA IZABEL DA SILVA GUERRA
  • Estudo de Controladores Inteligentes para Rastreio do Ponto de Máxima Potência de um Sistema Fotovoltaico

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JOÃO TEIXEIRA DE CARVALHO NETO
  • MARCELO ROBERTO BASTOS GUERRA VALE
  • Data: 07/04/2022

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  • Os sistemas fotovoltaicos (FV) têm apresentado um crescimento na matriz elétrica mundial. Contudo, a natureza não linear dos arranjos FV e sua forte dependência das condições ambientais são fatores que diminuem o fornecimento da máxima potência que eles são capazes de oferecer e, consequentemente, reduz seu desempenho e atratividade comercial. Para minimizar esses problemas, técnicas de Rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT) têm sido estudadas ao longo dos anos. Dentre as diversas técnicas de controle que podem ser utilizadas para rastreio do ponto e máxima potência, àquelas que utilizam algoritmos inteligentes para controle do chaveamento dos conversores CC-CC têm mostrado um alto potencial de uso. Assim sendo, o presente trabalho se propõe a desenvolver técnicas de MPPT baseadas nos algoritmos inteligentes Rede neural artificial (RNA), fuzzy e Sistema de inferência neuro-fuzzy adaptativo (ANFIS), para serem aplicados à sistemas FV que tem o buck-boost como conversor CC-CC. Três propostas de arquiteturas foram desenvolvidas para cada algoritmos. Elas foram comparadas entre si e com o algoritmo clássico Perturba e Observa (P&O). As propostas diferenciam-se pelas variáveis de entrada utilizadas, a saber: irradiância e temperatura do ambiente, para a Proposta 1, com variáveis de entrada puramente ambiental; irradiância e potência de saída instantânea do arranjo FV, para a Proposta 2, com variáveis de entrada que misturou parâmetros ambiental e elétrico; e potência de saída instantânea e do instante anterior do arranjo FV, para a Proposta 3, que teve variáveis de entrada com parâmetros puramente elétrico. Para auxiliar no estudo do desempenho dos algoritmos inteligentes, dois cenários de sistemas FV, compostos por arranjo FV, conversor buck-boost, MPPT e carga, foram modelados, o Cenário 1 e o Cenário 2. Os cenários se diferenciaram pela potência total do sistema. Ao término das análises, percebeu-se que os algoritmos inteligentes tiveram uma alta velocidade de rastreamento e foram mais estáveis que os algoritmos P&O. Os sistemas FV controlados pelos algoritmos inteligentes da Proposta 1 apresentaram a maior eficiência em atingir o ponto de máxima potência, sendo os algoritmos ANFIS e RNA os maiores destaques. Na geração de energia, a RNA conseguiu recuperar até 12,05% da energia perdida ao utilizar o P&O. No estudo da Proposta 2, os sistemas FV também tiveram bom desempenho, mas inferior aos algoritmos da Proposta 1. A maior energia gerada também foi alcançada pelo RNA. Ele gerou 12,01% a mais de energia que o P&O. Na Proposta 3, os algoritmos inteligentes tiveram sua eficiência comprometida devido à sobreposição de alguns valores do banco de dados. De todo modo, sob Condição randômica, os algoritmos inteligentes ainda mostraram ser superior ao P&O no rastreamento do ponto de máxima potência, recuperando 8,27% da energia gerada. Assim sendo, os algoritmos inteligentes, em especial a RNA e o ANFIS, mostraram a relevância do seu uso em aplicações fotovoltaicas, sobretudo em regiões com variações randômicas das condições do ambiente. Ademais, os algoritmos inteligentes propostos são mais atrativos à medida que a potência do sistema FV a ser utilizado é elevada.


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  • Photovoltaic (PV) systems have shown growth in the world's electrical matrix. However, the non-linear nature of PV array and their strong dependence on ambient conditions decrease the maximum power they can produce and, consequently, reduce their performance and commercial attractiveness. Maximum Power Point Tracking (MPPT) techniques have been studied over the years to minimize these problems. Among the various control techniques used for spot tracking and maximum power, those that use intelligent algorithms to control the switching of DC-DC converters have shown a high potential for use. Therefore, the present work proposes to develop MPPT techniques based on Artificial Neural Network (ANN), fuzzy and Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) intelligent algorithms, to be applied to PV systems that have the buck-boost as a CC-CC converter. Three proposed architectures were developed for each algorithm. They were compared with each other and with the classic Perturb and Observe (P&O) algorithm. The proposals are distinguished by the input variables used, namely: irradiance and ambient temperature, for Proposal 1, with purely environmental parameters as input variables; irradiance and instantaneous output power of the PV array, for Proposal 2, with input variables that mixed environmental and electrical parameters; and instantaneous and previous instantaneous output power of the PV array, for Proposal 3, with purely electrical parameters as input variables. To assist in the study of the performance of the intelligent algorithms, two scenarios of PV systems, composed of PV array, buck-boost converter, MPPT and load, were modeled, identified Scenario 1 and Scenario 2. The scenarios were differentiated by the total power of the system. At the end of the analyses, it was noticed that the intelligent algorithms had a high tracking speed and were more stable than the P&O algorithms. The PV systems controlled by the intelligent algorithms of Proposal 1 showed the highest efficiency in reaching the maximum power point. The ANFIS and ANN algorithms were more prominent. In power generation, ANN recovered up to 12.05% of the energy lost when using P&O. In the Proposal 2 study, the PV systems also performed well, but lower than the Proposal 1 algorithms. The highest power generated was also achieved by the ANN. It generated 12.01% more power than the P&O. In Proposal 3, the intelligent algorithms had their efficiency compromised because the overlapping of some database values. Anyway, under Random condition, the intelligent algorithms still proved to be superior to P&O in tracking the maximum power point, recovering 8.27% of the generated power. Therefore, intelligent algorithms, especially ANN and ANFIS, have shown the relevance of their use in photovoltaic applications, especially in regions with random environmental conditions. Furthermore, the proposed intelligent algorithms are more attractive as the power of the PV system to be used is high.

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  • VICTOR RAMON FRANÇA BEZERRA DE SOUZA
  • Contribuição ao Melhoramento da Operação durante Afundamentos de Tensão de Geradores de Indução Duplamente Alimentados Baseados em Conversores Modulares Multinível

  • Orientador : LUCIANO SALES BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • KLEBER CARNEIRO DE OLIVEIRA
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • FRANCISCO KLEBER DE ARAÚJO LIMA
  • LUCIANO SALES BARROS
  • Data: 02/05/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • Os avanços na eletrônica de potência deram suporte a grande penetração dos sistemas de conversão de energia eólica (WECS) no sistema elétrico de potência. Nesse sentido, o sistema baseado no Gerador de Indução Duplamente Alimentado (DFIG) possui uma parcela significativa da tecnologia utilizada para geração de energia elétrica nos parques eólicos instalados, nessa configuração o estator é diretamente conectado à rede elétrica e o rotor é interfaceado por meio de dois conversores de potência back-to-back, que possuem papel crucial no controle da máquina por meio de tensões aplicadas ao terminais do rotor de forma a garantir que as tensões e correntes do estator possuam a mesma frequência da rede elétrica, além disso controlam as potências ativa e reativa e estão diretamente relacionados aos níveis de distorção harmônica, stress térmico e mecânico no WECS. Atualmente, diversas topologias de conversores de potência vem sendo empregadas de forma a melhorar o desempenho e aumentar a capacidade de potência processada dos WECS para suportar a demanda da rede, nesse sentido, as topologias de conversores multiníveis destacam-se e podem ser apropriadamente utilizadas para atender esses requisitos. Por outro lado, uma das principais características do WECS baseado em DFIG é a sua alta sensibilidade à distúrbios elétricos, especialmente a afundamentos de tensão, devido ao fato da conexão direta do estator à rede elétrica, essa característica evidencia um desafio fundamental que é prover suportabilidade a faltas e especificamente afundamentos de tensão ao DFIG. Considerando a relevância desse problema, esta tese apresenta uma proposta direcionada ao melhoramento da suportabilidade do DFIG a um afundamento de tensão na rede por meio de uma recente topologia de conversor multinível, o Conversor Modular Multinível (MMC). A proposta baseia-se no aproveitamento das características específicas do MMC por meio da presença das impedâncias internas, de forma a prover o amortecimento significativo das componentes transitórias das correntes de falta do rotor e do estator do DFIG durante um afundamento de tensão na rede elétrica, contribuindo efetivamente para a permanência da conexão do DFIG, mantendo a controlabilidade e evitando o acionamento da proteção, sem a necessidade de modificações estruturais ou malhas de controle adicionais. Além disso, a estrutura proposta empregando o MMC contribui diretamente para a melhoria do desempenho do sistema por meio da redução da taxa de distorção harmônica e oscilação de torque eletromagnético, reduzindo o aquecimento e as perdas internas nos enrolamentos do DFIG e aumentando a vida útil da caixa de engrenagens, além de conferir maior robustez, eficiência e confiabilidade ao conjunto de conversores back-to-back. Resultados obtidos por meio de simulação indicam a capacidade efetiva do MMC de amortecimento das correntes do DFIG e o aumento da suportabilidade durante uma falta na rede elétrica.


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  • The advancements in power electronics have supported the widespread penetration of wind energy conversion systems (WECS) in electric grids. In this sense, the system based on the Double Fed Induction Generator (DFIG) has a large share of installed wind farms power generation technology, in this configuration the stator is directly connected to the grid and the rotor is interfaced by means of two back-to-back power converters, which have a crucial functionality in the machine control by means of voltages applied to the rotor terminals in order to ensure that the stator voltages and currents have the same frequency as the electrical grid, besides controlling the active and reactive power and are directly related to the harmonic distortion, thermal and mechanical stress levels in the WECS. Currently, several power converters topologies have been employed in order to improve the performance and increase the WECS processed power capability to support the network demand, in this sense, the multi-level converter topologies stand out and can be appropriately used to fulfill these requirements. On the other hand, one of the main features of the DFIG-based WECS is its high sensitivity to electrical disturbances, especially voltage sags, since the stator is directly connected to the grid, this feature highlights a fundamental challenge which is to provide fault support and in particular voltage sags to DFIG. Considering the relevance of this problem, this thesis presents a proposal focused on the improvement of DFIG supportability to a voltage sag in the grid by means of a recent multilevel converter topology, the Modular Multilevel Converter (MMC). The proposal is based on the use of the specific characteristics of the MMC through the presence of internal impedances, in order to provide significant damping of the DFIG transient components of the rotor and stator fault currents during a voltage sag in the grid, effectively contributing to maintaining the DFIG connection, while keeping the controllability and avoiding the protection activation, without the need of structural modifications or additional control loops. Moreover, the proposed structure using the MMC directly contributes to the improvement of the system performance by reducing the harmonic distortion rate and electromagnetic torque oscillation, reducing the heating and internal losses in DFIG windings and increasing the useful life of the gearbox, in addition to providing greater robustness, efficiency and reliability to the set of back-to-back power converters. Results obtained by means of simulations indicate the MMC effective damping capability of DFIG currents and the increase in supportability during a grid fault.

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  • WERBET LUIZ ALMEIDA DA SILVA
  • Aplicação da Técnica ADRC no Controle de Posição Radial de um Motor de Indução Sem Mancais com Bobinado Dividido

  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • JOSSANA MARIA DE SOUZA FERREIRA
  • JOSE ALVARO DE PAIVA
  • JOSE ANDRES SANTISTEBAN LARREA
  • Data: 19/05/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • Este trabalho tem como objetivo realizar o controle da posição radial do rotor de uma máquina trifásica de indução sem mancal, com bobinado dividido e estrutura de acionamento otimizada, através da técnica ADRC (Active Disturbance Rejection Control). A fim de diminuir o número de eventos de manutenção e outros problemas como ruído e vibrações, diversas pesquisas vêm sendo realizadas para o desenvolver e otimizar as estruturas de máquinas com suspensão magnética. Esse tipo especial de máquina elétrica tem sua operação fortemente dependente da aplicação de sistemas de controle em malha fechada. Por ser um sistema multivariável, não-linear, variante no tempo e com variáveis acopladas, demanda estratégias mais avançadas de controle para uma operação eficiente e com bom desempenho dinâmico. A técnica ADRC tem se mostrado eficiente em sistemas com essas características. O controlador ADRC considera o distúrbio total (composto por pelas dinâmicas não modeladas, não-linearidades, incertezas e variações de carga) como um novo estado do sistema, a ser estimado em tempo real através de um observador de estado estendido. Deste modo, esses distúrbios podem ser compensados em tempo real, eliminando erros de regime e com boa resposta a distúrbios de formal geral. Por ser uma técnica ainda em desenvolvimento, a sua aplicação vem sendo avaliada em sistemas de diferentes naturezas. Este trabalho mostrou que é possível controlar a posição radial de um motor de indução com bobinado dividido e estimar os distúrbios envolvidos no processo utilizando a técnica ADRC.  


  • Mostrar Abstract
  • This work aims to realize the rotor radial position control of a three-phase bearingless induction machine, with split-winding and optimized drive structure, using the Active Disturbance Rejection Control (ADRC) technique.  The development of vector control techniques, along with microcontrollers and power electronics components have increased the use of induction motors and turned it the most used machine topology in the world nowadays. Researches point that mechanical bearings are main cause of faults in electrical machines. Aiming to reduce maintenance, noise and vibration, many researches have been realized to develop and optimize bearingless machines structures. This special kind of machine has an operation strongly dependent on closed-loop control systems. As a system with multi-variable, non-linear, time varying and with coupled variables, it demands advanced control strategies to an efficient operation with a good dynamic performance. The ADRC controller considers the total disturbance (composed by non-modeled dynamics, non-linearity, uncertainty and changes in load) as a new system state, to be estimated in real-time throughout an extended state observer. On this way, these disturbances can be compensated in real-time, eliminating regime errors and with a suitable response to general disturbances. This technique will be applied as a position controller and the results will be compared with previous works for system operation with and without load applied to the machine shaft.

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  • MARIANNE BATISTA DINIZ DA SILVA
  • Uma metodologia orientada a fluxo de dados para modelagem do comportamento de motoristas

  • Orientador : IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MAX MAURO DIAS SANTOS
  • EDUARDO ALMEIDA SOARES
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • JUAN MOISES MAURICIO VILLANUEVA
  • LUIZ AFFONSO HENDERSON GUEDES DE OLIVEIRA
  • Data: 26/05/2022

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  • A Internet das Coisas (IoT, do inglêsInternet of Things) é uma rede crescente de objetos — sensores, dispositivos, sistemas, entre outros — que capturam, transferem dados e se comunicam entre si, por meio de protocolos de comunicação. Além disso, tais objetos possuem capacidade de produzir sequências potencialmente ilimitadas de dados, denominadas de fluxo de dados. Neste sentido, percebe-se que a IoT está criando novas oportunidades para diversos setores, como pode ser visto de uma maneira não convencional no setor automobilístico. Sabe-se que como consequência do avanço das arquiteturas, os veículos vêm se tornando cada vez mais equipados com diversos sensores e poder computacional. E, a partir de interfaces disponíveis, torna-se possível capturar e extrair, de forma automatizada, informações por meio de sensores e protocolos de comunicação presentes nos veículos e habilitando um cenário conhecido por Internet dos Veículos Inteligentes (IoIV, do inglêsInternet of Intelligent Vehicles). Um dos benefícios da IoIV é a criação de aplicações de diagnóstico, como a caracterização do comportamento de motoristas. Este tipo de diagnóstico é um requisito essencial, visto que o modo de dirigir pode impactar em diferentes contextos, a exemplo da segurança no trânsito, consumo de combustível, emissões, manutenção, entre outros.Ademais, soluções em geral disponíveis na literatura para a análise do comportamento de motoristas se concentram em modelos supervisionados de aprendizagemoffline, alimentados com todo o conjunto de dados para seu treinamento e teste. Por outro lado, tais soluções não tratam os fluxos de dados adequados para a aprendizagemonline, isto é, sem conhecimento dos dados subsequentes. Em face dessa realidade, o objetivo deste trabalho é identificar padrões sobre o comportamento de motoristas, a partir de uma metodologia orientada a fluxos de dados e algoritmos não-supervisionadoonline. A metodologia é adaptável e flexível, e considera a relação histórico-temporal entre as amostras, se adaptando de forma autônoma e evolutiva, sem a necessidade de uma fase supervisionada de treinamento. A fim de validar a metodologia proposta, realizou-se um estudo de caso em cenário real com condições diversas, na qual permitiu identificar operações de conduções presentes no dia-a-dia. Os resultados indicaram a factibilidade da proposta no que tange a identificação de detecção de eventos e indicadores do comportamento de motorista. Logo, a metodologia pode contribuir para diversas aplicações, como a indústria 4.0 — manutenções personalizadas, detecção de falhas — cidades inteligentes e mobilidade urbana — melhoria de pavimentações, aumento do número de redutores de velocidades e faixa de pedestres, diminuir a velocidade máxima de vias, entre outros.


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  • The Internet of Things (IoT) is a growing network of objects — sensors, devices, systems, and more — that capture, transfer data, and communicate with each other through communication protocols. In addition, such objects have the ability to produce potentially unlimited sequences of data, called data streams. In this sense, it is clear that the IoT is creating new opportunities for various sectors, as can be seen in an unconventional way in the automotive sector. It is known that as a consequence of the advancement of architecture, vehicles are becoming increasingly equipped with various sensors and computational power. And, from available interfaces, it becomes possible to capture and extract, in an automated way, information through sensors and communication protocols present in vehicles and enabling a scenario known as the Internet of Intelligent Vehicles (IoIV). One of the benefits of IoIV is the creation of diagnostic applications, such as characterizing the behavior of drivers. This type of diagnosis is an essential requirement since the way you drive can impact different contexts, such as traffic safety, fuel consumption, emissions, and maintenance, among others. Furthermore, solutions generally available in the literature for analyzing drivers’ behavior focus on supervised offline learning models, fed with the entire dataset for training and testing. On the other hand, such solutions do not handle data streams suitable for online learning, that is, without knowledge of subsequent data. In face of this reality, the objective of this work is to identify patterns in the behavior of drivers, from a methodology oriented to data streams and unsupervised online algorithms. The methodology is adaptable and flexible, and considers the historical-temporal relationship between the samples, adapting in an autonomous and evolutionary way, without the need for a supervised training phase. In order to validate the proposed methodology, a case study was carried out in a real scenario with different conditions, which allowed the identification of daily driving operations. The results indicated the feasibility of the proposal regarding the identification of event detection and indicators of driver behavior. Therefore, the methodology can contribute to several applications, such as industry 4.0 — customized maintenance, fault detection — smart cities and urban mobility — improvement of pavements, increase in the number of speed reducers and crosswalks, decrease
    in the maximum speed of roads, among others.

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  • MANOEL DO BONFIM LINS DE AQUINO
  • Correntropia Circular: Definição, Propriedades e Aplicações

  • Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • ALUISIO IGOR REGO FONTES
  • GUILHERME DE ALENCAR BARRETO
  • JOILSON BATISTA DE ALMEIDA REGO
  • JOÃO PAULO FERREIRA GUIMARÃES
  • Data: 30/06/2022

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  • A estatística circular tem sido aplicada a várias áreas do conhecimento nas quais os dados de entrada são de natureza circular. As medições com ruído ainda são um problema em aplicações com dados circulares e, assim como para dados não circulares, a estatís- tica de segunda ordem têm algumas limitações para lidar com ruídos não gaussianos. Recentemente, uma função de similaridade chamada correntropia tem sido empregada com sucesso em aplicações envolvendo ruído impulsivo por ser capaz de extrair mais in- formações do que métodos que empregam estatística de segunda ordem. No entanto, a correntropia ainda não foi estudada na perspectiva de dados circulares. Nesta tese é de- finida uma nova medida estatística chamada correntropia circular (CC). Ela usa a função de densidade de von Mises para redefinir a correntropia neste domínio. Em particular, é comprovado analiticamente que a CC contém informações referentes aos momentos de segunda ondem e superiores, sendo uma generalização da medida de correlação circu- lar. As suas propriedades são estudadas bem como o seu desempenho enquanto função de custo no Critério de Máxima Correntropia Circular (Maximum Circular Correntropy Criterion – MCCC). O desempenho desta nova medida de similaridade é avaliado como uma função de custo em problemas de regressão não linear e predição de séries temporais, onde os sinais são contaminados com ruído impulsivo aditivo. As simulações demonstram que a CC é mais robusto do que estatísticas circulares de segunda ordem em ambientes de ruído impulsivo.


  • Mostrar Abstract
  • Circular statistics has been applied to several areas of knowledge in which the input data is circular. Noisy measurements are still a problem in circular data applications and, like non-circular data, second-order statistics have some limitations to deal with non- Gaussian noise. Recently, a similarity function called correntropy has been successfully employed in applications involving impulsive noise for being capable of extracting more information than second-order methods. However, correntropy has not been studied from the perspective of circular data so far. This thesis defines a novel statistical measure called circular correntropy (CC). It uses the von Mises density function in order to redefine correntropy in this domain. In particular, it is proved analytically that the CC contains information regarding second-order and higher-order moments, being a generalization of the circular correlation measure. Its properties are studied as well as a new recursive solution for the Maximum Circular Correntropy Criterion (MCCC). The performance of this new similarity measure is evaluated as a cost function in nonlinear regression and time series prediction problems, where signals are contaminated with additive impulsive noise. Simulations demonstrate that CC is more robust than second-order circular statistics in impulsive noise environments.

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  • MARCELLA ANDRADE DA ROCHA
  • Mineração de Texto Aplicada a Análises de Intervenções de Políticas Públicas de Saúde: o caso da Epidemia de Sífilis no Brasil



  • Orientador : RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • CIPRIANO MAIA DE VASCONCELOS
  • DANIELE MONTENEGRO DA SILVA BARROS
  • MARQUIONY MARQUES DOS SANTOS
  • ANGELICA ESPINOSA BARBOSA MIRANDA
  • THAISA GOIS FARIAS DE MOURA SANTOS LIMA
  • ANTONIO HIGOR FREIRE DE MORAIS
  • Data: 15/07/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • A sífilis é uma doença infectocontagiosa crônica que continua como um sério problema de saúde pública em grande parte do mundo. No Brasil, foi criado no ano de 2018 o projeto de resposta rápida à sífilis, Sífilis Não. Esse projeto possui diversas estratégias para o combate à sífilis, entre elas, a criação de um grupo de pesquisadores de campo que atuaram nos municípios prioritários e produziram milhares de relatos de textos e adicionaram-os na plataforma. O objetivo do trabalho é utilizar as produções textuais da plataforma dos pesquisadores de campo do projeto Sífilis Não, LUES, para mineração de textos com objetivo de compreender o impacto da Sífilis no território. Os textos serão analisados utilizando alguns algoritmos de Mineração de dados. Além disso, utilizar-se-á as respostas de questionários do projeto Sífilis Não! com a finalidade de encontrar relações entre as produções realizadas e os questionários na contribuição da redução da sífilis. São testadas associações dos dados extraídos dos questionários e relatórios com indicadores de sífilis e seu impacto da epidemia no território. Com isso é possível compreender os processos mais efetivos para redução da sífilis nos territórios a partir da estratégia de apoio e da plataforma LUES. 



  • Mostrar Abstract
  • Syphilis is a chronic infectious disease that remains a serious public health problem in much of the world. In Brazil, the rapid response to syphilis project, No Syphilis!, was created in 2018. This project has several strategies to combat syphilis, including the creation of a group of field researchers who worked in priority municipalities and produced thousands of text reports and added them to the platform. The objective of the work is to use the textual productions of the platform of field researchers of the No Syphilis project, LUES, for Text Mining to understand the impact of syphilis in the territory. The texts will be analyzed using some Data Mining (DM) algorithms. In addition, the answers from questionnaires from the "No Syphilis!" project will be used. with the purpose of finding relationships between the productions carried out and the questionnaires in the contribution of the reduction of syphilis. Associations of the data extracted from the questionnaires and reports with indicators of syphilis and its impact of the epidemic in the territory are tested. With this, it is possible to understand the most effective processes for reducing syphilis in the territories from the support strategy and the LUES platform.


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  • JOSÉ JAIME GUIMARÃES PEIXOTO NETO
  • Superfícies Seletivas em Frequência do tipo Absorve/Transmite Banda Larga

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALFREDO GOMES NETO
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
  • MAURICIO WEBER BENJÓ DA SILVA
  • Data: 20/07/2022
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • As Superfícies Seletivas em Frequências (Frequency Selective Surface - FSS) estão cada vez mais sendo utilizadas em sistemas de telecomunicações devido às inúmeras vantagens apresentadas por esse tipo de estrutura, dentre elas se destacam o baixo custo, facilidade de fabricação e baixo perfil. Assim como as superfícies seletivas em frequência, os absorvedores de ondas eletromagnéticas também vêm sendo muito utilizados, principalmente, com o objetivo de solucionar o problema dos múltiplos percursos. Absorvedores são estruturas que têm como objetivo absorver ondas eletromagnéticas em uma determinada faixa de frequência, enquanto que permitem a passagem dessas ondas fora dela. Assim, nesse trabalho se propõe a investigação da utilização de FSS, para o projeto de absorvedores multicamada, para se obter absorção em banda larga. O estudo consiste na aplicação de FSS do tipo resistiva combinadas com FSS do tipo condutora, que utilizam espiras quadradas como geometria da célula unitária, para projetar uma estrutura do tipo absorve/transmite com resposta em frequência do tipo banda larga. A estrutura proposta deverá operar na faixa de frequências entre 2 GHz e 6 GHz. Uma análise paramétrica extensa foi efetuada para se otimizar a resposta desejada. Ao final dessa análise, duas FSS resistivas e duas condutoras foram projetadas e cascateadas, para se obter a largura de banda desejada. As análises mostraram que o absorvedor de banda larga possui independência de polarização e estabilidade angular. Os resultados obtidos mostram que o absorvedor apresenta estabilidade angular até 30◦. Além disso, resultados experimentais mostram que a estrutura proposta pode absorver sinais em uma faixa de frequências de 2,4 a 6,13 GHz. A absorção acima de 80% ocorre em toda a faixa de frequência proposta. A estrutura pode absorver sinais para toda a banda ISM (2,4 – 2,4835 GHz), 5G a 3,5 GHz e UNII (5 – 6 GHz), sem bloquear as demais frequências, evitando múltiplos percursos nas proximidades onde o absorvedor está instalado.


  • Mostrar Abstract
  • Frequency Selective Surfaces (FSS) are increasingly being used in telecommunications systems due to the numerous advantages presented by this type of structure, among them the low cost, ease of fabrication and low profile. As well as frequency selective surfaces, electromagnetic wave absorbers have also been widely used, mainly with the objective of solving the problem of multiple paths. Absorbers are structures that aim to absorb electromagnetic waves in a certain frequency range, while allowing the passage of these waves outside it. Thus, this work proposes to investigate the use of FSS, for the design of multilayer absorbers, to obtain broadband absorption. The study consists of the application of resistive-type FSS combined with conductive-type FSS, which use square turns as unit cell geometry, to design an absorb/transmit structure with broadband-type frequency response. The proposed structure should operate in the frequency range between 2 GHz and 6 GHz. An extensive parametric analysis was performed to optimize the desired response. At the end of this analysis, two resistive and two conductive FSS were designed and cascaded to obtain the desired bandwidth. The analyzes showed that the broadband absorber has polarization independence and angular stability. The results obtained show that the absorber presents angular stability up to 30◦. Furthermore, experimental results show that the proposed structure can absorb signals in a frequency range from 2.4 to 6.13 GHz. Absorption above 80% occurs over the entire proposed frequency range. The structure can absorb signals for the entire ISM band (2.4 – 2.4835 GHz), 5G at 3.5 GHz and UNII (5 – 6 GHz), without blocking the other frequencies, avoiding multiple paths in the vicinity where the absorber it's installed.

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  • VICTOR CARVALHO GALVÃO DE FREITAS
  • Predição de velocidade de um pipeline inspection gauge (PIG) baseada no diferencial de pressão e aceleração com redes neurais artificiais

     

  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • GUSTAVO FERNANDES DE LIMA
  • JUAN MOISES MAURICIO VILLANUEVA
  • Data: 28/07/2022
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • Na indústria de óleo e gás, um dispositivo conhecido como Pipeline Inspection Gauge (PIG) percorre oleodutos e gasodutos realizando diversas operações de manutenção. A eficiência dessas operações pode ser aumentada com o emprego de um sistema de controle de velocidade em malha fechada. Para obter a velocidade, costuma-se recorrer ao uso de odômetros. Embora tal método seja relativamente simples, ele pode ocasionar determinados problemas de medição decorrentes do escorregamento entre a roda do odômetro e o duto. Visando contribuir para a solução desses problemas, o objetivo deste trabalho é desenvolver um soft sensor (sensor virtual) para medir a velocidade de PIGs a partir da diferença de pressão a qual o dispositivo é submetido no duto. Um soft sensor é constituído basicamente de dois elementos: um modelo matemático do sistema e os sensores que medem as variáveis físicas requeridas pelo modelo. Para a obtenção do modelo, pretende-se utilizar redes neurais artificiais. Esse modelo será embarcado em um Raspberry Pi a ser instalado no PIG, que será responsável também por obter os dados dos sensores. O duto de testes de PIGs do Laboratório de Avaliação e Medição em Petróleo (LAMP/UFRN) será utilizado para avaliar os resultados. Espera-se que o sistema proposto seja capaz de complementar o uso dos odômetros, aumentando assim a confiabilidade da medição de velocidade. 


  • Mostrar Abstract
  • In the oil and gas industry, a device known as the Pipeline Inspection Gauge (PIG) runs through oil and gas pipelines performing various maintenance operations. The efficiency of these operations can be increased by employing a closed loop speed control system. To get the speed, it is usually resorted to the use of odometers. Although such a method is relatively simple, it can cause certain measurement problems resulting from slippage between the odometer wheel and the duct. In order to contribute to the solution of these problems, the objective of this work is to develop a soft sensor (virtual sensor) to measure the velocity of PIGs from the pressure difference to which the device is submitted in the duct. A soft sensor is basically made up of two elements: a mathematical model of the system and sensors that measure the physical variables required by the model. To obtain the model, it is intended to use artificial neural networks. This model will be shipped in a Raspberry Pi to be installed in the PIG, which will also be responsible for obtaining the sensor data. The SIP testing pipeline from the Petroleum Assessment and Measurement Laboratory (LAMP / UFRN) will be used to evaluate the results. The proposed system is expected to be able to complement the use of odometers, thereby increasing the reliability of speed measurement.

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  • JUAN RAFAEL FILGUEIRA GUERRA
  • Monitoramento da Umidade Relativa em Blocos de Concreto Usando Sensor com Superfície Seletiva em Frequência

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALFREDO GOMES NETO
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • FRED SIZENANDO ROSSITER PINHEIRO
  • GUTEMBERGUE SOARES DA SILVA
  • HUMBERTO DIONISIO DE ANDRADE
  • Data: 28/07/2022
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • Devido ao desenvolvimento da construção civil, há uma maior necessidade de que haja métodos para indicar falhas e danos de diversas naturezas que possam comprometer as funcionalidades das edificações. Dentro desse aspecto, o conceito de monitoramento da saúde estrutural (Structural Health Monitoring - SHM) é utilizado para definir o uso de tecnologias com o fim de estabelecer avaliações que possibilitam o diagnóstico das condições de uma estrutura.  Existem tecnologias disponíveis para tal finalidade, tais como sensores ópticos, resistivos e baseados em ondas mecânicas, porém, apresentam dificuldades quanto a complexidade e custo.  Dessa forma, este trabalho tem como objetivo principal, apresentar um estudo preliminar do uso de superfícies seletivas em frequência (Frequency Selective Surface - FSS) no desenvolvimento de um sistema de sensor de umidade relativa baseado no coeficiente de transmissão, aplicado a estruturas de concreto. Possibilitando assim uma medição no espaço livre (não invasiva) e com menor complexidade do que os métodos atuais. Para isso, se faz necessário o entendimento do comportamento da permissividade elétrica do meio e da relação entre essa e a frequência de ressonância da FSS. Portanto, foram analisadas as permissividades elétricas de diversos materiais utilizados na construção civil. Em seguida foram projetadas duas FSS distintas e medidas as suas respostas em frequência para diversos níveis de umidade relativa de blocos de concreto de uso comercial. Os resultados apresentam boa conformidade com o comportamento discutido na literatura quanto ao deslocamento da frequência central, sendo verificado que é possível determinar uma correlação direta entre a variação da frequência e o nível de umidade relativa para o objeto de estudo escolhido.



  • Mostrar Abstract
  • Due to the development of civil construction, there is a greater need for methods to indicate failures and damages of various kinds that may compromise the functionality of buildings. Within this aspect, the concept of Structural Health Monitoring (SHM) is used to define the use of technologies in order to establish assessments that enable the diagnosis of the conditions of a structure. There are technologies available for this purpose, such as optical, resistive and mechanical wave based sensors, however, they present difficulties regarding complexity and cost. Thus, the main objective of this work is to present a preliminary study of the use of Frequency Selective Surface (FSS) in the development of a transmission coefficient - based relative humidity sensor system, applied to concrete structures. Thus enabling a measurement in free space (noninvasive) and with less complexity than current methods. For this, it is necessary to understand the behavior of the electrical permittivity of the medium and the relationship between this and the resonant frequency of the FSS. Therefore, the electrical allowances of various materials used in civil construction were analyzed. Next, two distinct FSSs were designed and their frequency responses measured for various relative humidity levels of commercial concrete blocks. The results are in good agreement with the behavior discussed in the literature regarding central frequency displacement, and it is verified that it is possible to determine a direct correlation between the frequency variation and the relative humidity level for the chosen study object.

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  • ALYSSON NASCIMENTO DE LUCENA
  • Micro-Brosh: Micro-veículo Aéreo Autônomo com Baixo Risco de Operação

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDOUGLAS GONÇALVES DA SILVA JÚNIOR
  • BRUNO MARQUES FERREIRA DA SILVA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • PAULO FERNANDO FERREIRA ROSA
  • RAIMUNDO CARLOS SILVERIO FREIRE JUNIOR
  • Data: 04/08/2022
    Ata de defesa assinada:

  • Mostrar Resumo
  • O risco envolvendo o uso de Veículos Aéreos não Tripulados (UAV) tem crescido diretamente com a sua popularização. É uma preocupação mundial das agências reguladoras diminuir esses riscos. No Brasil a Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC) dispensa a maioria das exigências para UAVs com até 0,250 Kg. Nesta perspectiva, o presente estudo tem como objetivo propor o projeto e desenvolvimento de um micro UAV modelo asa voadora com capacidade de pilotagem remota ou autônoma de baixo risco de colisão às pessoas e instalações (Micro-Brosh). Com uma envergadura máxima de 0,30 m e peso final de 0,160 Kg, o UAV Micro-Brosh tem como principal característica a operação fácil e segura, podendo ser lançado manualmente e com a realização do pouso em capo gramado, sem causar danos à aeronave. Introduzimos o projeto arquitetônico proposto, com análises aerodinâmica e de desempenho, demonstrando parâmetros como sustentação, empuxo, arrasto, velocidade de estol e tempo de voo. Em nossos testes, o protótipo demonstrou ser superior a quase todos os outros UAV da literatura estudados, menos um que possui características de tamanho e tempo de voo similars, porém com peso e tamanho maiores que o Micro-Brosh. Ao todo, foram construídos e analisados mais detalhadamente 6 protótipos, resultando no modelo final que foi validado através de testes de voo e testes de bancada. Além das vantagens de segurança, outro aspecto importante é que os custos associados com a construção e manutenção do Micro-Brosh fica abaixo de \$500, um valor considerando baixo em relação aos UAVs tradicionais pesquisados.


  • Mostrar Abstract
  • The risk involving the use of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) has grown directly with its popularization. It is a global concern of regulatory agencies to reduce these risks. In Brazil the National Civil Aviation Agency (ANAC) waives most requirements for UAVs up to 0.250 kg. In this perspective, the present study aims to propose the design and development of a micro UAV flying wing model with remote or autonomous piloting capability with low risk of collision with people and facilities (Micro-Brosh). With a maximum wingspan of 0.30 m and a final weight of 0.160 Kg, the Micro-Brosh UAV's main feature is its easy and safe operation, being able to be launched manually and with the realization of landing on grass cover, without causing damage to the aircraft. We introduce the proposed architectural design, with aerodynamic and performance analyses, demonstrating parameters such as lift, thrust, drag, stall speed, and flight time. In our tests, the prototype proved to be superior to almost all other UAVs in the literature studied, except for one that has similar size and flight time characteristics, but with greater weight and size than the Micro-Brosh. In all, 6 prototypes were built and analyzed in more detail, resulting in the final model that was validated through flight tests and bench tests. In addition to the safety advantages, another important aspect is that the costs associated with the construction and maintenance of the Micro-Brosh is below US$ 500, a value considered low in relation to the traditional UAVs surveyed.

     

    O risco envolvendo o uso de Veículos Aéreos não Tripulados (UAV) tem crescido diretamente com a sua popularização. É uma preocupação mundial das agências reguladoras diminuir esses riscos. No Brasil a Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC) dispensa a maioria das exigências para UAVs com até 0,250 Kg. Nesta perspectiva, o presente estudo tem como objetivo propor o projeto e desenvolvimento de um micro UAV modelo asa voadora com capacidade de pilotagem remota ou autônoma de baixo risco de colisão às pessoas e instalações (Micro-Brosh). Com uma envergadura máxima de 0,30 m e peso final de 0,160 Kg, o UAV Micro-Brosh tem como principal característica a operação fácil e segura, podendo ser lançado manualmente e com a realização do pouso em capo gramado, sem causar danos à aeronave. Introduzimos o projeto arquitetônico proposto, com análises aerodinâmica e de desempenho, demonstrando parâmetros como sustentação, empuxo, arrasto, velocidade de estol e tempo de voo. Em nossos testes, o protótipo demonstrou ser superior a quase todos os outros UAV da literatura estudados, menos um que possui características de tamanho e tempo de voo similars, porém com peso e tamanho maiores que o Micro-Brosh. Ao todo, foram construídos e analisados mais detalhadamente 6 protótipos, resultando no modelo final que foi validado através de testes de voo e testes de bancada. Além das vantagens de segurança, outro aspecto importante é que os custos associados com a construção e manutenção do Micro-Brosh fica abaixo de \$500, um valor considerando baixo em relação aos UAVs tradicionais pesquisados.

     
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  • THALES QUEIROZ FONSECA
  • Estratégia de Impedância Virtual Aplicada ao Controle de Sistemas de Interconexão de Fontes de Energias Renováveis LCL-VSC operando no Modo Tensão.

  • Orientador : RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RICARDO LUCIO DE ARAUJO RIBEIRO
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • ANTONIO MARCUS NOGUEIRA LIMA
  • JOSEP MARIA GUERRERO ZAPATA
  • MAURICIO AREDES
  • Data: 05/08/2022

  • Mostrar Resumo
  • O avanço da eletrônica de potência e das restrições ambientais têm possibilitado a inserção,naformadegeradoresdistribuídos(GD),defontesdeenergiasrenováveisnarede elétrica, sendo as principais as que utilizam a energia solar e eólica como fontes primária de energia. A conexão dessas fontes com a rede elétrica é geralmente feita por conversores VSC (do inglês, Voltage Source Converter) e filtros do tipo LC ou LCL, sendo denominadosdesistemasLC-VSCouLCL-VSC.Taissistemaspossuemumageraçãode energia muito variável, o que pode causar flutuação de tensão e desvio de frequência na rede elétrica. Os sistemas LC-VSC são controlados para operar como uma fonte de tensão controlada conectados à rede elétrica e podem regular a amplitude e a frequência da tensão do ponto de acoplamento comum (PAC). Já os sistemas LCL-VSC operam como uma fonte de corrente controlada conectada à rede elétrica e ainda são os sistemas mais empregados atualmente. Sendo assim, nessa qualificação de doutorado, são propostas estratégias de controle baseadas na técnica de impedância virtual aplicadas em sistemas LCL-VSC para regulação da tensão do PAC. A impedância virtual é utilizada para modificar a impedância equivalente do sistema GD conectado à rede elétrica e regular o fluxo de potência de tais sistemas para garantir a regulação de tensão desejada.


  • Mostrar Abstract
  • The advances in power electronics and environment restrictions have driven the insertion, as distributed generators (DG), of renewable energy based systems on the power grid, the main one being those who use the photovoltaic and wind systems as primary energy sources. The interconnection of these sources with the power grid is generally obtainedbyVSCconvertersandLCorLCLfilters,beingcalledasLC-VSCorLCL-VSC systems. Such systems are highly variable in power generation, which may cause voltage fluctuation and frequency deviation in the electric grid. LC-VSC systems are controlled to operate as a controlled voltage source connected to the grid and they can regulate the amplitude and frequency of the voltage of the point of common coupling (PCC). LCLVSC are controlled to operate as controlled current source connected to the grid and they are still the most common system employed currently. Therefore, in this doctoral qualification, are proposed virtual impedance-based control strategies applied in LCL-VSC systemsforPCCvoltageregulation. Thevirtualimpedanceisusedforshapingtheequivalent DG system impedance connected to the grid and regulate the power flow of these systems for achieving the required PCC voltage regulatio

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  • ANAMARIA SENA MAIA
  • Projeto de absorvedores de microondas do tipo banda dupla usando superfícies seletivas em frequência

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALFREDO GOMES NETO
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • MAURICIO WEBER BENJÓ DA SILVA
  • Data: 08/11/2022

  • Mostrar Resumo
  • Atualmente os projetos desenvolvidos em sistemas de redes wireless evidenciam também os estudos do confinamento de sinais. Com a necessidade de aumentar a segurança e a restrição de uso dos serviços, no qual, os dados das redes devem se manter apenas no local delimitado de utilização, sem interferências externas. Consequentemente, diversas pesquisas são desenvolvidas utilizando absorvedores de micro-ondas com superfície seletiva em frequência (Frequency selective surfaces – FSS) como forma de permitir a redução das interferências eletromagnéticas (Electromagnetic Interference- EMI) e manter a conformidade dos sistemas. Com características e desempenho distinto dos absorvedores passivos convencionais de Salisbury e Jaumann, que apresentam boa absorção na banda de parada, porém, baixa transmissão nas faixas externas. Os absorvedores com FSS propõem atuar com transparência ás ondas eletromagnéticas do plano incidente na banda passante, enquanto absorvem as ondas nas bandas de frequência desejadas. Diante disso, este trabalho tem como objetivo projetar uma estrutura absorvedora de micro-ondas integrada a superfícies seletivas em frequência com atuação em multibanda. São analisados estudos descritos na literatura para obtenção de tais características de absorção desejadas, posteriormente são projetadas estruturas com variação de seus respectivos parâmetros. Demonstrando domínio na utilização do software comercial empregado nas simulações, e compreensão dos efeitos das variações paramétricas dos dispositivos examinados.


  • Mostrar Abstract
  • Currently designs developed in wireless network systems are on signal confinement. We observe the need to increase security and restriction of services, in which electromagnetic signals must remain only in a specific room, without external transmittance. Consequently, several researches are studying the use of Frequency Selective Surfaces (FSS) as a way to reduction electromagnetic interference (EMI) and to maintain the systems' compliance. With characteristic and distinct performance of the conventional passive absorbers of Salisbury and Jaumann, that present good absorption in the band of stop, but, low transmission in the external bands. The absorbers with FSS propose to act with transparency to the electromagnetic waves of the incident plane in the passing band, while absorbing the waves in the wanted frequency bands. Therefore, the objective of this work is to design a microwave absorber structure integrated with frequency selective surfaces with multiband performance. Studies described in the literature are analyzed to obtain such desired absorption characteristics, later structures are projected with variation of their respective parameters. Demonstrating mastery in the use of the commercial software used in the simulations, and understanding the effects of the parametric variations of the devices examined.

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  • VERIVAN SANTOS LIMA
  • Perfis térmicos em poços injetores d’água: redução do erro sistemático na medição de vazão durante o
    regime transitório.


  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • CARLA WILZA SOUZA DE PAULA MAITELLI
  • DIEGO ANTONIO DE MOURA FONSECA
  • GUSTAVO FERNANDES DE LIMA
  • WERBET LUIZ ALMEIDA DA SILVA
  • Data: 12/12/2022

  • Mostrar Resumo
  • AEste trabalho é uma contribuição às técnicas de medição da vazão em poços injetores d’água
    nos campos de produção de petróleo, tendo como foco os primeiros instantes da operação. Foi
    escolhida a técnica desenvolvida por Ramey (RAMEY JR et al., 1962), que, embora seja voltada para o cálculo da temperatura no fluido de injeção, vem sendo adaptada para o cálculo da
    vazão. Nesta técnica, o cálculo se baseia na relação entre o fluxo de calor estabelecido no poço
    e a diferença de temperatura entre o fluido de injeção e a temperatura geotérmica, estabelecida
    naturalmente no reservatório. Devido à complexidade matemática envolvida nos mecanismos
    de transferência de calor e massa, muitas simplificações foram adotadas no desenvolvimento
    da teoria, limitando sua aplicação nos primeiros momentos do ciclo de operação. Nos tempos
    considerados, a negligência da transferência de calor na completação constitui a principal fonte
    de erro sistemático inerente à metodologia de Ramey. Em menor intensidade, mas ainda significativo, a inobservância da variação temporal do fluido de injeção também resulta em um erro
    sistemático que precisa ser endereçado. A redução dos erros sistemáticos listados é o produto
    principal desta tese.



  • Mostrar Abstract
  • This work is a contribution to flow measurement techniques in water injection wells in oil
    production fields, focusing on the first moments of the operation. The technique developed by
    Ramey (RAMEY JR et al., 1962) was chosen, which, although it is aimed at calculating the
    temperature in the injection fluid, it has been adapted to calculate the flow. In this technique,
    the calculation is based on the relationship between the heat flow established in the well and the
    temperature difference between the injection fluid and the geothermal temperature, naturally
    established in the reservoir. Due to the mathematical complexity involved in the heat and mass
    transfer mechanisms, many simplifications were adopted in the development of the theory, limiting its application in the first moments of the operating cycle. In the considered times, the
    neglect of heat transfer in completion constitutes the main source of systematic error inherent to
    Ramey’s methodology. With lesser intensity, but still significant, the failure to observe the temporal variation of the injection fluid also results in a systematic error that needs to be addressed.
    The reduction of the systematic errors listed is the main product of this thesis.


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  • RUANN VÍCTOR DE ANDRADE LIRA
  • Sensor UHF Elíptico para Detecção de Descargas Parciais

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEXANDRE JEAN RENE SERRES
  • ALFREDO GOMES NETO
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 15/12/2022

  • Mostrar Resumo
  • Neste trabalho, foram avaliadas e otimizadas geometrias simplificadas para antenas de microfita, para selecionar uma geometria adequada, visando sua aplicação de detecção de descarga parcial (PD), como um sensor UHF. Para melhorar o desempenho da antena proposta, superfícies seletivas de frequência em cascata (FSS), usando espiras quadradas duplas como elemento de célula unitária, foram projetadas e avaliadas. As medições do coeficiente de reflexão da antena sem e com as FSS integradas foram realizadas e comparadas com os resultados simulados. Os resultados mostram que a inserção das FSSs não impactou na largura de banda operacional da antena, que compreende 100% da faixa de frequência característica, da atividade PD (300 – 1500 MHz). A inserção das FSSs resultou em um ganho médio de 4 dBi, referente à antena isolada, aumentando a sensibilidade para detecção de PD, dentro da faixa de frequência proposta. Avaliamos a detecção de PD da estrutura através de medições em três dispositivos, uma barra de um hidrogerador, um tanque de óleo com eletrodos na configuração de ponta-plano e um transformador potencial (PT). O sensor UHF proposto para detecção foi capaz de detectar a atividade de PDs em todos os três cenários com níveis inferiores a 10 mV.


  • Mostrar Abstract
  • In this work, simplified geometries for microstrip antennas were evaluated and optimized, to select one appropriate geometry, aiming for its application of partial discharge (PD) detection, as a UHF sensor. To improve the performance of the proposed antenna, cascaded frequency selective surfaces (FSS), using double square loops as a unit cell element, were designed and evaluated. Antenna reflection coefficient measurements without and with the integrated FSS were performed and compared with simulated results. The results show that the insertion of the FSSs did not impact the operational bandwidth of the antenna, which comprises 100$\%$ of the characteristic frequency range, of the PD activity (300 – 1500 MHz). The insertion of the FSSs resulted in an average gain of 4 dBi, concerning the isolated antenna, increasing the sensitivity for PD detection, within the proposed frequency range. We evaluated the PD detection of the structure through measurements in three devices, a bar of a hydro generator, an oil tank with electrodes in the flat-tip configuration, and a potential transformer (PT). The proposed UHF sensor for PD detection could detect PD activity in all three scenarios and for levels lower than 10 mV. 

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  • EVANDSON CLAUDE SEABRA DANTAS
  • PIRANÔMETRO DE EQUIVALÊNCIA ELÉTRICA COM COMPENSAÇÃO ANALÓGICA DA TEMPERATURA AMBIENTE

  • Orientador : SEBASTIAN YURI CAVALCANTI CATUNDA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO WALLACE ANTUNES SOARES
  • DIOMADSON RODRIGUES BELFORT
  • FERNANDO RANGEL DE SOUSA
  • RAIMUNDO CARLOS SILVÉRIO FREIRE
  • SEBASTIAN YURI CAVALCANTI CATUNDA
  • Data: 20/12/2022

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  • Os piranômetros são dispositivos utilizados medir a radiação incidente por unidade de área. Este tipo de dispositivo é encontrado em diversas aplicações na área de energia solar, tratamento UV, pesquisas atmosféricas, etc. Alguns destes dispositivos baseiam-se no princípio da equivalência elétrica, ao qual a potência radiante é equiparada com uma potência elétrica em um balanço termoelétrico. O equilíbrio deste balanço costuma ocorrer pela compensação da potência radiante por uma potência elétrica para manter uma termorresistência em temperatura constante. Esta configuração, todavia, apresentam limitações quando a temperatura ambiente varia, variando parâmetros como a sensibilidade, tensão útil de saída, consumo de potência, dentre outros. Neste trabalho é proposto a substituição da configuração que mantém a temperatura do sensor constante para a configuração de diferença constante de temperatura. A proposta é formulada por meio modificação da arquitetura da ponte de Wheatstone realimentada para que funcione com diferença de temperatura constante. A proposta implementada é, então, validada por meio de simulações computacionais em ambiente SPICE e por meio e experimentos em campo. Neste trabalho foi desenvolvido um protótipo que foi testado em 3 condições climáticas diferentes, sendo estas: céu claro, céu parcialmente nublado e céu nublado. Resultados deste trabalho apontam para uma melhoria na faixa útil de tensão em 5 vezes, redução da influência da variação da temperatura ambiente na tensão de saída, redução no consumo elétrico e aumento na sensibilidade à radiação incidente.


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  • Pyranometers are devices used to measure incident radiation per unit area. This type of device is found in many applications in the field of solar energy, UV treatment, atmospheric research, etc. Some of these devices are based on the principle of electrical equivalence, in which radiant power is equated with electrical power in a thermoelectric balance. The balance of this balance usually occurs by compensating the radiant power by an electrical power to maintain a resistance thermometer at constant temperature. This configuration, however, has limitations when the ambient temperature varies, varying parameters such as sensitivity, useful output voltage, power consumption, among others. In this work, it is proposed to replace the configuration that keeps the sensor temperature constant for the configuration of constant temperature difference. The proposal is formulated by modifying the architecture of the feedback Wheatstone bridge so that it works with a constant temperature difference. The implemented
    proposal is then validated through computer simulations in a SPICE environment and through field experiments. In this work, a prototype was developed that was tested in 3 different climatic conditions, namely: clear weather, partially cloudy weather and cloudy wheater. Results of this work point to an improvement in the useful voltage range by 5 times, a reduction in the influence of ambient temperature variation on the output voltage, a reduction in electrical consumption and an increase in the sensitivity to incident radiation.

2021
Dissertações
1
  • MAILSON RIBEIRO SANTOS
  • Uma Metodologia Baseada em Sistemas Evolutivos para Detecção e Identificação deFalhas de Sistemas Dinâmicos

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

4
  • ANDRESSA STÉFANY SILVA DE OLIVEIRA
  • Macro SOStream: Um algoritmo evolutivo para agrupamento auto-organizado baseado em densidade

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

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


  • Mostrar Abstract
  • Situations that generate a continuous data stream, such as TCP / IP traffic, e-commerce, and industrial monitoring, can make the usability of algorithms that have machine learning completely offline unviable. That is due to the need for data storage, the infinite growth of data generation, and limited memory restrictions. With that, the algorithms that have the learning totally or partially on-line appeared. Among them, there are the evolving algorithms, which have been of interest because they can develop and update in unknown environments and detect concepts drift and evolution in the input data over time. Because of these algorithms' broad applicability in real problems, this work proposes a new evolving algorithm named Macro SOStream. This algorithm has on-line learning and is based on self-organizing density for data stream clustering. The Macro SOStream is based on the SOStream algorithm, but we incorporated macroclusters composed of the microclusters. While microclusters have spherical shapes, macroclusters can have arbitrary shapes. Besides, the Macro SOStream's performance was compared to SOStream and DenStream algorithms' performance using the datasets and the ARI performance metric to validate our proposal.
5
  • VÍTOR SARAIVA RAMOS
  • Remoção de reflexão especular em uma única imagem em tempo real.

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

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


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

6
  • VICTOR RAMON FIRMO MOREIRA
  • Controle inteligente de um robô móvel omnidirecional com tomada de decisão utilizando aprendizagem por reforço

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

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


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

7
  • ERIKA AKEMI YANAGUIBASHI ALBUQUERQUE
  • A ROBÓTICA EDUCACIONAL NA PREVENÇÃO AOS TRANSTORNOS MENTAIS NO AMBIENTE ESCOLAR

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

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


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

     
8
  • RODRIGO DE ANDRADE TEIXEIRA
  • Análise de Qualidade de Energia Aplicada a um Sistema Retificador Trifásico PWM Utilizando a Técnica de Controle de Um Ciclo

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

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


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

9
  • PAULO VICTOR QUEIROZ CORREIA
  • ANÁLISE DE DESEMPENHO DE DETECÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DE FALHAS EM PROCESSOS INDUSTRIAIS UTILIZANDO REDES NEURAIS LSTM COM TÉCNICAS COMPRESSÃO DE DADOS

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

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

     

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

     
10
  • MAXWEL DA SILVA SANTOS
  • Estratégia de controle de margem de tensão aprimorada para sistemas HVDC multiterminal com base no conversor modular multinível para robustez frente a perturbações

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

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


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

11
  • ISMAEL ALVES DE AZEVEDO
  • Comparação de Estratégias de Controle para Sistemas de Conversão de Energia Eólica Baseados no Gerador de Indução Gaiola de Esquilo

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

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

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

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

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

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


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

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


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

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



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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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  • WYSTERLÂNYA KYURY PEREIRA BARROS
  •  Hardware Implementation of the Otsu’s Method Applied to Real-Time Worm Segmentation
  • Orientador : MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCELO AUGUSTO COSTA FERNANDES
  • RAFAEL BESERRA GOMES
  • AGOSTINHO DE MEDEIROS BRITO JUNIOR
  • MARCO ANTONIO GARCIA DE CARVALHO
  • Data: 17/11/2021

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


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

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  • IGOR MACEDO SILVA
  • CEVERO: um processador de hardware aberto para missões aeroespaciais

  • Orientador : SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDA GUSMÃO DE LIMA KASTENSMINDT
  • Frank Kagan Gürkaynak
  • SAMUEL XAVIER DE SOUZA
  • TIAGO TAVARES LEITE BARROS
  • Data: 03/12/2021
    Ata de defesa assinada:

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  • O ambiente aeroespacial pode ser bastante agressivo com circuitos digitais.  O efeito de radiação espacial em circuitos pode resultar em falhas e, como consequência, pode por em risco a segurança e execução das missões aeroespaciais, tripuladas ou não.  Portanto,foi forçoso o desenvolvimento de circuitos digital que podem resistir à ação de partículas radioativas e, atualmente, existem diversas tecnologias de processadores que conseguem de fato trabalhar de forma segura sob essas condições. Contudo, essas tecnologias geralmente envolvem a utilização de processos confidenciais de fabricação de transistores ou a utilização de bibliotecas de células proprietárias, que inibem a utilização e desenvolvimento por outros pesquisadores. Todavia existe outro conjunto de métodos em maior grau de abstração que pode operar de forma confiável em condições espaciais definidas.  Este trabalho pretende usar esses métodos para desenvolver o CEVERO, um processador de propósito geral baseado na plataforma existente PULP e que usa modificações arquiteturais como redundância e outros métodos de detecção e correção de falhas, para ser enviado em missões aeroespaciais.


  • Mostrar Abstract
  • The space environment is a harsh environment for digital circuits. The effects of space radiation on the circuit might result in malfunction and, as a consequence, jeopardize the security and execution of space missions, manned or not. Therefore, there was a need to develop digital circuits which can withstand radioactive particle’s strikes and, nowadays, there are several processor technologies that can indeed work safely under such conditions. However, these technologies generally involve proprietary transistor fabrication steps or proprietary cell libraries which inhibit usage and development. There is, nonetheless, another set of architectural methods which operate on a higher abstraction level and are arguably as reliable as the mentioned techniques for a set of space missions. This work uses these techniques to develop the CEVERO, a general-purpose processor base on the existing PULP Platform, which uses architectural modifications such as redundancy and other methods to detect and correct faults, for deploying on aerospace missions.

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  • CASSIANO PERIN DE CARVALHO
  • Arquitetura de Aprendizado Profundo para Classificação de Modulação Automática em Canais com Desvanecimento Variante no Tempo e Ruído Impulsivo.

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • PEDRO THIAGO VALERIO DE SOUZA
  • TALES VINÍCIUS RODRIGUES DE OLIVEIRA CÂMARA
  • Data: 10/12/2021

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  • A classificação de modulação automática (AMC) permite identificar o tipo de modulação do sinal recebido, sendo parte fundamental no desenvolvimento de dispositivos de rádio cognitivos que adaptam o tipo de modulação às características do ambiente de comunicação. Vários tipos de pesquisas sobre AMC foram feitas com base na análise dos sinais de modulação e usando seus parâmetros para desenvolver descritores de recursos poderosos a serem usados nesta classificação automática. Recentemente, uma nova tendência apareceu relacionada ao uso de arquiteturas baseadas em aprendizado profundo para esta classificação. Assim, neste trabalho propomos a utilização de métodos baseados em deep learning para classificar o tipo de modulação de um sinal em um ambiente com desvanecimento doppler e ruído impulsivo. Estudamos e propomos um modelo baseado na CNN que se mostrou comparável aos métodos do estado da arte.


  • Mostrar Abstract
  • The automatic modulation classification (AMC) allows identifying the kind of modulation of the received signal, being a key part of the development of cognitive radio devices that adapt the type of modulation to the characteristics of the communication environment. Several types of research on AMC have been done based on the analysis of the modulation signals and using its parameters for developing powerful feature descriptors to be used on this automatic classification. Recently, a new trend appears related to the use of architectures based on deep learning for this classification. Hence, in this work, we propose to use methods based on deep learning to classify the modulation type of a signal in an environment with doppler fading and impulsive noise. We studied and propose a model based on CNN that has shown to be comparable to the state-of-the-art methods.

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  • JANAILSON MACIEL DE QUEIROZ
  • Estudo da Proteção Diferencial do DFIG com Análise de Faltas Entre Espiras

  • Orientador : LUCIANO SALES BARROS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL BARBOSA
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • LUCIANO SALES BARROS
  • RICARDO AUGUSTO SOUZA FERNANDES
  • Data: 15/12/2021

  • Mostrar Resumo
  • Com o aumento do interesse por energias renováveis no mundo cresceu a importância das pesquisas em energia eólica, métodos e tecnologias associados. O incremento de turbinas eólicas conectadas aos sistemas elétricos também trouxe consigo novos desafios relacionados a estabilidade do sistema e proteção de seus componentes. A proteção diferencial é utilizada em muitos componentes de sistemas elétricos e para turbinas eólicas baseados em DFIG esta proteção foi proposta recentemente. Logo, neste trabalho propõe critérios na tomada de decisão da proteção diferencial baseada na transformada de Park, que além da corrente de restrição usa também o nível de tensão e direcional de correntes nos terminais do estator. Em uma simulação com DFIG operando com 1,51 MW foram realizados testes de faltas internas e externas à zona de proteção, do tipo monofásica e trifásica com diversos níveis de quedas de tensão. Faltas entre espiras no rotor e estator da máquina também foram testadas com vários níveis de defeitos. Assim, com a devida definição da lógica de operação, foi possível mostrar a eficácia da proteção, havendo detecção para todas as faltas monofásicas e trifásicas dentro da zona de proteção, detecção de faltas em enrolamentos no estator com 10% de defeito ou mais e detecção de faltas no rotor com defeito de 20% ou mais.


  • Mostrar Abstract
  • With the increase in interest in renewable energies in the world, the importance of research in wind energy, methods, and associated technologies has grown. The increase in wind turbines connected to the electrical systems also brought with it new challenges related to the stability of the system and protection of its components. Differential protection is used in many electrical system components and for DFIG-based wind turbines this protection has been proposed recently. Therefore, this work proposes criteria in the decision-making of the differential protection based on the Park transform, which in addition to the restriction current also uses the voltage level and the direction of the currents at the stator terminals. In a simulation with DFIG operating at 1.51 MW, tests were carried out for internal and external faults to the protection zone, of the single-phase and threephase type with different levels of voltage drops. Inter-turn faults on the machine’s rotor and stator have also been tested with varying levels of defects. Thus, with the proper def inition of the operating logic, it was possible to show the effectiveness of the protection, with detection for all single-phase and three-phase faults within the protection zone, detection of faults in windings in the stator with 10% defect or more and detection of faults in the rotor windings with a defect of 20% or more.

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  • THIAGO FIGUEIREDO DO NASCIMENTO
  • Modelagem e Projeto de Controladores de um Regulador Eletromagnético de Frequência Aplicado à Sistemas Eólicos

  • Orientador : ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • EVANDRO AILSON DE FREITAS NUNES
  • PAULO VITOR SILVA
  • RICARDO FERREIRA PINHEIRO
  • Data: 17/12/2021

  • Mostrar Resumo
  • Com a alta penetração de sistemas de geração distribuída (DG) baseados em fontes de energia eólica, é necessário desenvolver tecnologias para melhorar a eficiência de operação do sistema. Dentre as soluções propostas na literatura, o dispositivo Regulador de Frequência Eletromagnética (REF) tem se mostrado uma solução atrativa para melhorar o desempenho dos sistemas eólicos. Este trabalho propõe uma modelagem dinâmica e projeto de controle para o REF aplicado a um sistema eólico. Os parâmetros dos controladores do sistema são projetados usando o método lugar das raízes (MLR) para obter o desempenho dinâmico desejado. Além disso, uma análise de estabilidade para sistema em malha fechada é avaliada para obtenção dos limites operacionais. Finalmente, os resultados da simulação demonstram a eficácia da modelagem dinâmica proposta e o desempenho dos controladores do sistema.


  • Mostrar Abstract
  • With the high penetration of distributed generation (DG) systems based on wind energy sources, it is necessary to develop technologies for improving the efficiency of system operation. Among the solutions proposed in the literature, the Electromagnetic Frequency Regulator (EFR) device has proven to be an attractive solution for improving the performance of the wind systems. This work proposes a dynamic modeling and control design for EFR applied to a wind systems. The system controllers parameters are designed by using root-locus method (RLM) in order to realize desired dynamic performance. Besides, a stability analysis for closed-loop system is assessed to obtain the operating limits. Finally, simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed dynamic modeling and system controllers performance.
Teses
1
  • THIAGO HENRIQUE FREIRE DE OLIVEIRA
  • Algoritmos de Aprendizagem por Reforço para Problemas de Otimização Multiobjetivo

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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



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

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

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

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


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

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

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

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

     

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


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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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

     

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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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



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


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  • DIEGO ROCHA LIMA
  • Atratividade visual em roteamento de veículos através de otimização bi-objetivo

  • Orientador : DANIEL ALOISE
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANAND SUBRAMANIAN
  • BRUNO JEFFERSON DE SOUSA PESSOA
  • DANIEL ALOISE
  • IVANOVITCH MEDEIROS DANTAS DA SILVA
  • LUCIANO FERREIRA
  • Data: 03/12/2021

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  • Nesta tese abordamos um problema de roteamento de veículos onde o sistema de distribuição das rotas deve considerar tanto o seu custo efetivo como sua atratividade visual. Os métodos de agrupamento em princípio não são feitos para o Problema de Roteamento de Veículos, mas sendo utilizados, podem prover soluções atrativas visualmente e possivelmente boas em relação ao custo. Dessa forma, nossa proposta é trabalhar de forma integrada em um método bi-objetivo, que são a minimização de custo da rota e a otimização de um critério de agrupamento, fazendo assim com que os clientes sejam melhor particionados nas diferentes rotas. Para isso, fazemos uso de um algoritmo evolucionário multi-objetivo baseado em ordenação por não-dominância, a fim de aproximar sua Fronteira de Pareto. Mostramos através de experimentos computacionais que nosso modelo é capaz de gerar soluções para roteamento de veículos que possuem um baixo custo e ao mesmo tempo são atrativas visualmente de acordo com as métricas propostas na literatura. Além disso, o modelo foi testado com um grupo de instâncias baseado em dados de uma malha viária real.

     



  • Mostrar Abstract
  • In this thesis we approach a vehicle routing problem where the route distribution system must consider both its effective cost and its visual attractiveness. Clustering methods are in principle not designed for the Vehicle Routing Problem, but when used, they can provide visually attractive and possibly cost-effective solutions. So, our proposal is to work in an integrated way in a bi-objective method, which are the route cost minimization and the optimization of a grouping criterion, thus making customers better partitioned in different routes. For this we use a multi-objective evolutionary algorithm based on non-dominance ordering, in order to approximate its Pareto Frontier. We show through computational experiments that our model is capable of generating solutions for vehicle routing that have a low cost and at the same time are visually attractive according to the metrics proposed in the literature. Furthermore, the model was tested with a group of instances based on data from a real road network.

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  • JOSÉ DE ARIMATÉIA PINTO MAGNO
  • ANÁLISE E PROJETO DE ANTENAS DE MICROFITA EM SUBSTRATOS CERÍFEREOS PARA APLICAÇÕES EM SISTEMAS IEEE 802.11ax

  • Orientador : VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • IDALMIR DE SOUZA QUEIROZ JÚNIOR
  • JOAO BOSCO LUCENA DE OLIVEIRA
  • JOSE PATROCINIO DA SILVA
  • SAMANTA MESQUITA DE HOLANDA
  • VALDEMIR PRAXEDES DA SILVA NETO
  • Data: 10/12/2021

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  • As necessidades de novos sistemas de comunicações sem fio exigem que os dispositivos radiantes sejam cada dia mais estáveis e confiáveis. Nos últimos anos, várias de propostas de soluções são observadas na literatura para melhorar o desempenho das antenas planares aplicadas nos sistemas modernos de comunicações sem fio. Esse trabalho apresenta o uso de substratos ceríferos como uma solução biodegradável, de baixo custo, estável eletricamente e com diversas possibilidades de aplicações para melhorar a operação de antenas planares em sistemas de comunicações sem fio. Embora a utilização de substratos orgânicos não seja uma novidade, pois vários fabricantes têm linhas de placas para circuitos planares a base de compostos orgânicos. Esse trabalho propõe de maneira inovadora o uso de substratos ceríferos para o desenvolvimento de antenas de microfitas miniaturizadas. Foram desenvolvidas antenas planares para aplicações em serviços do protocolo IEEE 802,11 ax. Ao longo deste trabalho será apresentado o processo de caracterização do material proposto, confecção dos substratos, projeto e fabricação das antenas propostas, análise numérica e caracterização experimental. Foram selecionados 4 tipos substratos ceríferos baseados na cera de carnaúba, e determinadas as principais características por meio de análises das propriedades elétricas do material, difração de raios-x e termogravimetria. Com resultados da caraterização dos substratos os dispositivos radiantes foram projetados e numericamente analisados pelo método dos Elementos Finitos, utilizando o software Ansys HFSS®. As antenas foram experimentalmente caracterizadas na faixa frequência de 1GHz a 8,5 GHz, onde foi possível constatar que o material empregado como substrato apresentou estabilidade e boas propriedades para aplicações em circuitos planares como o caso de antenas de microfita. Acrescenta-se ainda a possibilidade de miniaturização dos elementos radiantes com o uso da cera de carnaúba como substrato, quando comparadas com a mesma estrutura projetada em um substrato comercial padrão como o FR4, foi alcançado um fator de miniaturização de 44,5% no volume da antena miniaturizada em substrato de cera. 

     


  • Mostrar Abstract
  • The needs of new wireless communication systems demand that radiant devices are increasingly stable and reliable. In recent years, several proposed solutions are observed in the literature to improve the performance of planar antennas applied in modern wireless communication systems. This work presents the use of ceriferous substrates as a biodegradable solution, of low cost, electrically stable and with many application possibilities to improve the operation of planar antennas in wireless communication systems. Although the use of organic substrates is not new, a variety of manufacturers have lines of boards for planar circuits based on organic compounds. This work proposes in an innovative way the use of ceriferous substrates for the development of miniaturized microstrip antennas. Planar antennas were developed for applications in IEEE 802.11 ax protocol services. Throughout this work, the process of characterizing the proposed material, making the substrates, designing and manufacturing the proposed antennas, numerical analysis and experimental characterization will be presented. Four types of ceriferous substrates based on carnauba wax were selected, and the main characteristics were determined by analyzing the material's electrical properties, X-ray diffraction and thermogravimetry. With results from the characterization of the substrates, the radiating devices were designed and numerically analyzed by the Finite Element method, using the Ansys HFSS® software. The antennas were experimentally characterized in the frequency range from 1GHz to 8.5 GHz, where it was possible to verify that the material used as substrate presented stability and good properties for applications in planar circuits, as in the case of microstrip antennas. There is also the possibility of miniaturization of the radiant elements using carnauba wax as a substrate, when compared to the same structure designed on a standard commercial substrate such as FR4, a miniaturization factor of 44.5% was achieved in the volume of the miniaturized antenna on wax substrate.  

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  • BRUNO DE MELO PINHEIRO
  • Concepção das antenas internas e análise eletromagnética do Osseus, um equipamento de diagnóstico e triagem de pacientes para osteoporose

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AGNALDO SOUZA CRUZ
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • FRANCISCO CARLOS GURGEL DA SILVA SEGUNDO
  • RICARDO ALEXSANDRO DE MEDEIROS VALENTIM
  • ROBSON HEBRAICO CIPRIANO MANICOBA
  • Data: 10/12/2021

  • Mostrar Resumo
  • A osteoporose é uma doença osteometabólica sistêmica, que ataca uma parcela cada vez maior da população brasileira, que gera custos significativos ao Sistema Único de Saúde (SUS) brasileiro. No entanto, com um diagnóstico prévio, é possível implantar medidas preventivas, que podem evitar a ocorrência de fraturas e reduzir os custos do SUS. Com o intuito de possibilitar os exames necessários para identificar a patologia e observar sua evolução durante o tratamento, mantendo a agilidade e baixos custos, foi proposto o desenvolvimento do Osseus, um instrumento que combina técnicas e conceitos de diversas áreas como: engenharia de software, elétrica, eletrônica, computação e biomédica. Além disso, o equipamento foi proposto para ser desenvolvido com baixo custo, para ser de fácil acessibilidade à população e não invasivo, sendo desenvolvido no Laboratório do inovações e tecnologias da saúde (LAIS). A última versão do Osseus, a versão 3.0, apresentou alguns problemas que o impedem de ser implementado em escala industrial. Esses problemas estão relacionados a algumas instabilidades de funcionamento observadas na parte das antenas de radiofrequência (RF), as quais são antenas planares de microfita. Portanto, esse trabalho propõe a implementação de melhorias no Osseus, visando eliminar essas instabilidades e propor o uso de novos algoritmos de inteligência computacional, para serem utilizados no equipamento. Espera-se, com isso, melhorar o equipamento e fornecer um dispositivo de baixo custo, ajudando ao LAIS cumprir sua missão, que é fazer da ciência um instrumento de amor ao próximo. 


  • Mostrar Abstract
  • Osteoporosis is a systemic osteometabolic disease that affects an increasing portion of the Brazilian population, which generates significant costs for the Brazilian Unified Health System (SUS). However, with a previous diagnosis, it is possible to implement preventive measures, which can prevent the occurrence of fractures and reduce SUS costs. In order to enable the necessary exams to identify the pathology and observe its evolution during treatment, maintaining agility and low costs, the development of Osseus was proposed, an instrument that combines techniques and concepts from different areas such as: software engineering, electrical, electronics, computing and biomedical. In addition, the equipment was proposed to be developed at low cost, to be easily accessible to the population and non-invasive, being developed at the Laboratory of Health Innovations and Technologies (LAIS). The latest version of Osseus, version 3.0, had some problems that prevent it from being implemented on an industrial scale. These problems are related to some operational instabilities observed in the part of radio frequency (RF) antennas, which are planar microstrip antennas. Therefore, this work proposes the implementation of improvements in Osseus, aiming to eliminate these instabilities and propose the use of new computational intelligence algorithms, to be used in the equipment. It is hoped, with this, to improve the equipment and provide a low-cost device, helping LAIS fulfill its mission, which is to make science an instrument of love for others.

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  • ROMÊNIA GURGEL VIEIRA
  • Aplicação de Técnicas de Inteligência Artificial para Identificação de Faltas em Módulos Fotovoltaicos

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE LAURINDO MAITELLI
  • ANDRES ORTIZ SALAZAR
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JOÃO TEIXEIRA DE CARVALHO NETO
  • MARCELO ROBERTO BASTOS GUERRA VALE
  • Data: 14/12/2021

  • Mostrar Resumo
  • Energia solar fotovoltaica tem se mostrado como alternativa viável que vem a contribuir não somente com o desenvolvimento sustentável, como também na garantia de suprimento energético ao redor do mundo. O crescimento exponencial da capacidade instalada nos últimos anos tem evidenciado a necessidade de garantir a operação segura e confiabilidade dos sistemas fotovoltaicos. Neste contexto, a ocorrência de faltas em tais sistemas é uma questão crucial, uma vez que podem impactar significativamente na potência gerada, diminuir a vida útil e causar potenciais riscos na operação. Desta forma, esta pesquisa aplicou de técnicas de inteligência artificial para detecção e diagnóstico de faltas em módulos fotovoltaicos. As faltas identificadas pelos métodos proposto são: módulos em curto-circuito, desconexão de strings e sombreamento parcial. Foram desenvolvidos algoritmos de rede neural perceptron de múltiplas camadas, rede neural probabilística e um método neuro-fuzzy, que combina o uso de uma rede neural com lógica fuzzy. Todos os algoritmos treinados utilizado dos simulados e testados com dados experimentais de três sistemas fotovoltaicos diferentes. Adicionalmente, ainda foram consideradas situações de treinamento em que o conjunto de dados está contaminado por ruídos aleatórios. Os resultados indicaram acurácia máxima de 99,1% para a falta de módulos em curto-circuito, 100% para desconexão de strings e 82,2% para a falta de sombreamento parcial. Além disso, as análises permitiram reafirmar a robustez da rede perceptron de múltiplas camadas para detecção de faltas em sistemas fotovoltaicos, mesmo com a presença de ruído dos dados de treinamento.


  • Mostrar Abstract
  • Photovoltaic solar energy has proven to be a viable alternative that contributes to sustainable development and ensures energy supply around the world. However, the exponential growth of installed capacity in recent years has highlighted the need to ensure the safe operation and reliability of photovoltaic systems. In this context, faults in such systems are a crucial issue, since they can significantly impact the generated power, reduce the useful life, and cause potential risks in operation. Thus, this research applied artificial intelligence techniques to detect and diagnose faults in photovoltaic modules. The faults identified by the proposed methods are short-circuit modules, string disconnection and partial shading. In addition, multilayer perceptron neural network algorithms, probabilistic neural networks, and a neuro-fuzzy method were developed, combining a neural network with fuzzy logic. All trained algorithms were used from simulated and tested experimental data from three different photovoltaic systems. Moreover, training situations in which the dataset is contaminated by random noise were also considered. The results indicated maximum accuracy of 99.1% for the lack of short-circuited modules, 100% for string disconnection and 82.2% for the lack of partial shading. Furthermore, the analyzes allowed to reaffirm the robustness of the multi-layer perceptron network for fault detection in photovoltaic systems, even with the presence of noise in the training data.

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  • WELLINGTON GUILHERME DA SILVA
  • Miniaturização de Antenas de Microfita para Aplicações em CubeSats

  • Orientador : ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALFREDO GOMES NETO
  • ANTONIO LUIZ PEREIRA DE SIQUEIRA CAMPOS
  • HUMBERTO DIONISIO DE ANDRADE
  • LAERCIO MARTINS DE MENDONCA
  • MARCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES
  • Data: 15/12/2021

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  • O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma antena de microfita compacta para uso em CubeSats, um tipo de  satélite miniaturizado usado principalmente por universidades para a exploração e pesquisa espacial,  yipicamente em órbita terrestre baixa. O tamanho reduzido desses satélites apresenta um grande desafio ao  projeto. Sendo um dos principais componentes a bordo dos satélites, a antena determina o desempenho de todos os sistemas sem fio, incluindo: telemetria, rastreamento e controle (TT&C); downlink de dados de alta velocidade; navegação; comunicações entre satélites; radares; e sensores. Para a função de TT&C, antenas de fio expansíveis são frequentemente empregadas em V-UHF. Entretanto, o uso do mecanismo de liberação dessas antenas podem falhar e comprometer a missão. Portanto, uma antena de microfita compacta é desejável. O trabalho apresenta uma revisão bibliográfica abordando alguns conceitos sobre o padrão CubeSat, os fundamentos da teoria de antenas, as principais técnicas de miniaturização de antenas, os fundamentos das antenas eletricamente pequenas e os principais trabalhos já desenvolvidos sobre o assunto. Uma investigação adicional foi realizada sobre o método de Wheeler para medição da eficiência de radiação de antenas compactas, sendo esse método aplicado para medir a eficiência de radição do protótipo construído. A metodologia do trabalho consistiu em, a partir dos fundamentos da revisão bibliográfica, projetar, simular, construir e caracterizar uma antena de microfita operando em duas frequências (401,6 MHz e 435,0 MHz). Essas frequências foram escolhidas para atenderem aos requisitos da maioria dos CubeSats em uso, mas em particular atende a duas das frequências planejadas para CONASAT, um projeto do Centro Regional Nordeste (CRN) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), localizado em Natal, em parceria com a Univer- sidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). A contribuição desse trabalho está na capacidade do protótipo desenvolvido operar em duas frequências com um único ponto de alimentação e dessa forma reduzir o peso, a complexidade e o risco de falhas nos sistemas de comunicações dos CubeSats.


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  • The objective of this work was to develop a compact microstrip antenna for use in CubeSats, a type of miniaturized satellite mainly used for space exploration and research, used in low earth orbit. The small size of satellites presents a great challenge to the project. One of the main components being a satellite board, an antenna determines the performance of all wireless systems, including: telemetry, tracking, and control (TT&C); downlink of high-speed data; navigation; communications between satellites; radars; and sensors. For the TT&C function, expandable wire antennas are often employed in V-UHF. However, the use of the release mechanism of these antennas can fail and compromise a mission. Therefore, a compact microstrip antenna is desirable. The work presents a literature review covering some concepts about the CubeSat pattern, the fundamentals of antenna theory, such as the main techniques for the miniaturization of antennas, the fundamentals of electrically small antennas, and the main works already developed on the subject. Further investigation was carried out on Wheeler’s method to measure the radiation efficiency of compact antennas, this method is applied to measure the radio efficiency of the built prototype. The work methodology consists of designing, simulating, building, and characterizing a microstrip antenna operating at two frequencies (401,6 MHz and 435,0 MHz) based on the fundamentals of the literature review. These frequencies were chosen to meet the requirements of most CubeSats in use, but in particular, they meet two of the frequencies planned for CONASAT, a project of the Northeast Regional Center (CRN) of the National Institute for Space Research (INPE), located in Natal, in partnership with the Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN). The contribution of this work lies in the ability of the developed prototype to operate at two frequencies with a single power supply point, thus reducing the weight, complexity, and risk of failures in the CubeSats communication systems.

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  • ROANA D' ÁVILA SOUZA MONTEIRO
  • Algoritmos Diretos de Sincronização de Registros Oscilográficos e de Localização de Faltas com Parâmetros Elétricos Desconhecidos

  • Orientador : MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FELIPE VIGOLVINO LOPES
  • JOSE TAVARES DE OLIVEIRA
  • MANOEL FIRMINO DE MEDEIROS JUNIOR
  • MELINDA CESIANARA SILVA DA CRUZ
  • WASHINGTON LUIZ ARAUJO NEVES
  • Data: 16/12/2021

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  • Nesse trabalho foram propostas novas metodologias de sincronização entre registros oscilográficos e de localização de faltas, baseados na teoria de fasores fundamentais, independente dos parâmetros elétricos da linha de transmissão e de processos iterativos. No algoritmo de sincronização de medições proposto o efeito capacitivo da linha é levado em consideração e apenas a análise dos fasores de tensão e corrente em regime permanente é necessária, eliminando a necessidade de ajustes baseados nos parâmetros elétricos da linha. Além disso, identifica ângulos de sincronização em qualquer quadrante, e é insensível às condições de operação do sistema. Condições reais de operação do sistema brasileiro são consideradas para avaliar o desempenho do algoritmo em diferentes cenários, incluindo casos de linhas com carregamento leve, moderado e pesado; e diferentes fatores de potência e comprimentos de linha. Os resultados obtidos mostram que a solução de sincronização  proposta é confiável, direta e precisa, sendo útil para aplicações práticas baseadas em fasores de dois terminais quando as fontes tradicionais de referência de tempo comuns não estão disponíveis. A ferramenta desenvolvida para localização de falta necessita de fasores de corrente e tensão pré e pós falta, funciona para todos os tipos de faltas (simétricas e assimétricas), e para LTs transpostas e não transpostas. A avaliação do algoritmo de localização de falta é realizada por meio de simulações de faltas através do software ATPDraw. Os resultados obtidos comprovam a eficiência do método em  encontrar o local de falta com boa precisão.


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  • In this work, angle synchronization method and fault location method were proposed, based on the fundamental frequency phasor approach, independent of the electrical parameters of the transmission line and of iterative processes. In the synchronization algorithm proposed the line capacitive effect is taken into account and only the analysis of steady-state voltage and current phasors is required, eliminating the need for settings based on line electrical parameters. In addition, it identifies angles in any quadrant and is insensitive to operation conditions of the system. Real operating conditions of the Brazilian system are considered to assess the algorithm performance under different scenarios, including light, moderate and heavy line loading cases, and various power factors and line lengths.  The obtained results show that the synchronization proposed solution is reliable, straightforward, accurate, being useful for practical two-terminal phasor-based applications when traditional common time reference sources are not available. The tool developed for fault location requires pre and post-fault current and voltage phasors, work for all types of faults (symmetrical and asymmetrical), and for transposed and untransposed transmission lines. The evaluation of the fault location algorithms is performed through fault simulations by the ATPDraw software. The obtained results prove the efficiency of the method in finding fault location with good precision.

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


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

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


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

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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

     

     


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

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


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

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



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




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

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

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


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

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

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

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


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

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

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

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


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

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


     

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

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