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.

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.

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.

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.

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.

Transformadores de potência desempenham um papel principal na operação de sistemas
de potência, interconectando sistemas de geração, transmissão e distribuição. Tipicamente,
a proteção diferencial baseada em fasores é usada como proteção principal para
esses equipamentos. No entanto, a proteção convencional de transformadores ainda pode
enfrentar problemas ao lidar com determinados tipos de evento, desta forma motivando
pesquisas para aprimorar esse tipo de proteção. Nos últimos anos, bastantes trabalhos
baseados em técnicas de processamento de sinais e algoritmos de aprendizado de máquina
têm sido propostos na literatura para lidar com esses problemas. Neste trabalho, é apresentado
um completo esquema de proteção de transformadores de potência baseado em
máquinas de vetor de suporte (SVM). Usando como informação de entrada conteúdos
de alta e de baixa frequência, extraídos dos sinais de corrente através da transformada
wavelet estacionária com borda (RT-BSWT), três modelos de SVM diferentes foram
treinados com dados de simulação de diversos tipos de evento, incluindo faltas internas
nos enrolamentos do transformador, condições de sobreexcitação, faltas externas durante
saturação do transformador de corrente, faltas evolutivas, e energização do transformador
na presença de uma falta interna permanente. Através de uma estratégia baseada em
gatilhos, o esquema de proteção proposto consegue distinguir eventos simultâneos em um
transformador com precisão. Para validar o esquema de proteção proposto, foi realizada
uma extensa análise comparativa com o método de proteção convencional, e o esquema
proposto demonstrou uma melhor performance que o método convencional em quase todas
as métricas avaliadas, como acurácia, dependabilidade, segurança, além de apresentar
um tempo de operação menor. Além disso, o método proposto foi desenvolvido de forma
a ser embarcado em um hardware dedicado para rodar em tempo real, se monstrando
assim uma solução promissora para melhorar a proteção diferencial de transformadores.

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.

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.

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.

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.

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. 

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. 

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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).

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.

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. 

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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