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

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

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

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

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.

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Propomos uma arquitetura para proporcionar que o ensino e aprendizado em sistemas multi robôs ocorra de forma autônomoma. Diferente das abordagens existentes, a arquitetura permite que os comportamentos ou conhecimentos sejam transferidos em tempo de execução. Esta abordagem mistura conceitos de robótica baseada em comportamentos e conceitos de aprendizagem por interações sociais, onde um robô interage com o outro para viabilizar o ensino e aprendizado. Os comportamentos serão representados por uma estrutura de dados do tipo grafo, onde os comportamentos mais complexos podem ser decompostos em comportamentos mais simples executados simultâneamente. Essa estrutura modular permite o reuso de códigos e incentiva o uso de comportamentos simples. Uma vantagem da abordagem proposta é que é possível mudar o domínio de um robô sem a necessidade de reprogramação. Isto é, um robô que possua os comportamentos de atuar em um ambiente poderá muda-lo e aprender os novos comportamentos com os robôs. Esta vantagem é notável, sobretudo, quando há um vasto número de robôs para mudarem de ambiente. Uma implementação será concebida e utilizará a linguagem Python juntamente com o Sistema Operacional de Robôs para prover as bibliotecas necessárias e a comunicação entre os robôs. Serão realizados experimentos em simuladores e em robôs reais para validar a abordagem proposta.

A disponibilidade de informação em tempo real sobre a atividade biológica é um
aspecto importante nas estações de tratamento de águas residuais baseadas em processos
de lodo ativado, e isto é representado pela taxa de consumo de oxigênio (TCO). Nesses
processos, a TCO tem sido utilizada como um rápido indicador de mudanças na carga
orgânica do esgoto afluente ou da presença de elementos tóxicos que possam afetar
adversamente o processo. Além disso, ela pode ser utilizada para monitorar a qualidade
e eficiência do processo e para o controle do sistema. A TCO é normalmente medida
por meio de respirômetros, equipamentos baseados em alguma técnica para medir a taxa
na qual o lodo ativado consome o oxigênio dissolvido (OD) disponível no líquido. O
objetivo deste trabalho é propor um método para a estimação da TCO usando o filtro de
Kalman e controle PWM da concentração de oxigênio dissolvido em um reator de lodo
ativado. O método proposto apresenta um tempo de resposta mais curto e um incerteza
de medição menor quando comparados ao procedimento de medição padrão e a um
método similar, respectivamente. Simulações numéricas e experimentos conduzidos em
um reator de lodo ativado em escala de laboratório são utilizados para avaliar o método
proposto e os resultados obtidos comprovam a sua validade.

Este trabalho propõe formulações para o Problema de Clustering Heterogêneo Fuzzy
e propõe um método heurístico de Busca em Vizinhança Variável para resolvê-lo. O Problema de Clustering Heterogêneo Fuzzy é um problema de agrupamento de dados modelado em dois níveis. O primeiro identifica grupos de indivíduos cujas percepções acerca
dos objetos envolvidos sejam similares. O segundo nível identifica partições fuzzy de objetos distintas para cada grupo de indivíduos. O segundo nível é baseado no problema das
p-medianas, cujo objetivo é separar um conjunto de objetos em subconjuntos menores e
definir um objeto para cada subconjunto como mediana, de modo que a soma das dissimilaridades entre cada objeto e sua mediana seja mínima. O Problema de Clustering Heterogêneo Fuzzy generaliza o problema das p-medianas para ambientes fuzzy, permitindo
que os níveis de pertinência de cada objeto em relação a cada cluster seja fracionário.
Essa generalização permite novas interpretações dos resultados, como a identificação de
relações simultânea de objetos com diferentes clusters.

A reconfigurabilidade é uma característica muito importante nos sistemas modernos de comunicação, pois permite que uma mesma estrutura se adapte aos diferentes cenários de uma mesma aplicação, como por exemplo, radomes, rádio cognitivo, e telas adaptativas que bloqueiam transmissões sem fio indesejadas. Essa característica pode ser alcançada mediante métodos tradicionais, como o uso de dispositivos semicondutores ativos (diodos PIN, Schottky) ou capacitores variáveis acoplados a cada elemento básico da superfície seletiva de frequência (FSS), sendo necessário o uso de um circuito separado para alimentar esses dispositivos. No entanto, estes métodos requerem um número elevado de elementos ativos, o que aumenta a complexidade e o custo de fabricação, abrindo espaço para o surgimento de técnicas mais simples e robustas quanto à seletividade, como a reconfigurabilidade mecânica. Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma superfície seletiva de frequência (FSS) reconfigurável, para operar na banda X, formada por patches condutores triangulares impressos em uma camada de dielétrico de fibra de vidro (FR-4). A FSS desenvolvida permite a reconfiguração da frequência de ressonância a partir da variação do ângulo da onda incidente na estrutura, no modo TE, e pode ser aplicada na tecnologia de rádio cognitivo através de uma interface microcontrolada. A análise da estrutura da FSS é efetuada através do software Ansoft Designer.

Sistemas inteligentes (SI) são tipos de sistemas especialistas que podem interagir e aprender sobre os usuários que o utilizam, ou tentam compreender sobre seus interesses. O termo SI engloba tanto a inteligência artificial clássica, baseado em regras simbólicas, quanto a inteligência computacional, que incorpora sistemas nebulosos, redes neurais artificiais (RNA) e sistemas evolutivos. Os sistemas inteligentes simbólicos possuem um conjunto de regras inicias que são continuamente analisadas, gerando decisões a partir delas. Embora mais simples de se compreender, esses sistemas possuem dificuldades em tratar informações imprecisas, ou que não foram previstas no conjunto de regras iniciais. Por outro lado, os modelos baseados no conexionismo, como por exemplo, as RNAs, são extremamente eficazes em completar padrões que não estejam claros, embora, possuam uma grande desvantagem devido ao elevado nível de abstração, encapsulando o conhecimento de como foi obtida a resposta. Esses dois tipos de sistemas podem ser combinados para suprir as desvantagens apresentadas em cada um deles, produzindo assim uma poderosa ferramenta no âmbito industrial. O presente artigo, tem por finalidade descrever uma arquitetura de um sistema computacional híbrido, combinando os principais paradigmas da inteligência artificial (IA): o simbolismo e, o conexionismo. O modelo será capaz de codificar a base regras de um especialista (baseado em lógica proposicional) em uma rede neural e a partir dela inferir novas regras de acordo com a utilização do sistema, servindo assim de auxílio para as constantes tomadas de decisão do operador.

Atualmente, os incentivos à geração de energia limpa vêm aumentando consideravelmente devido a limitação dos combustíveis fósseis, até então utilizados em abundância. Em paralelo, o conceito de geração distribuída também ganha força com a diminuição dos impostos aplicados sobre os componentes constituintes dos sistemas de geração de energia renovável. No entanto, a qualidade da energia elétrica (QEE) tem sido severamente afetada pelo aumento do número desses tipos de fontes de energia ligadas às redes de distribuição de baixa tensão. Nesta dissertação, será avaliado o impacto causado na rede elétrica devido à níveis variados de penetração de instalações fotovoltaicas. Nesse intuito, será realizado um estudo de caso que consiste em operar uma planta fotovoltaica de 10 kWp, composta por três topologias de sistemas conectadas ao ponto de acoplamento comum (PAC) de uma subestação com potência nominal de 15 kVA: topologia trifásica fixa de 8 kWp, monofásica fixa de 1 kWp e monofásica rastreável de 1 kWp. Esses sistemas fotovoltaicos utilizam dispositivos baseados em eletrônica de potência, como inversores construídos a partir de chaves semicondutoras, que, devido ao seu princípio de construção e funcionamento, afetam a forma de onda da tensão e/ou corrente elétricas, deteriorando a QEE. A partir da análise de indicadores de QEE, obtidos por meio da transformada discreta de Fourier (DFT), para as características de potência, harmônicos de tensão e corrente, desequilíbrios entre fases do sistema e regulação do fator de potência, será realizada uma análise do impacto gerado pela planta fotovoltaica no seu ponto de conexão com a rede elétrica. Os indicadores serão analisados e comparados com os padrões nacionais estabelecidos pelos padrões internacionais estabelecidos pelo IEEE (do inglês, Institute of Electrical and Electronics Engineers) com o objetivo de avaliar o impacto causado pela conexão da instalação fotovoltaica no PAC.

Os alarmes industriais são ferramentas fundamentais para a manutenção da segurança e saúde de processos industriais complexos, em meio ao monitoramento de milhares de variáveis de processo, o papel do operador se reduz ao trabalho por demanda da ocorrência de alarmes. Entretanto, um sistema de alarmes industriais mal projetado se torna ineficiente contra situação de anormalidade na indústria. Dentre os possíveis agentes degradantes de um sistema de alarmes estão os alarmes causais, estes se caracterizam pela dificuldade de identificação e pelo alto impacto no monitoramento de sistemas industriais. Diversos trabalhos na literatura estudam possíveis formas de identificar padrões de causalidade através de informações oriundas de processos industriais, tais formas se baseiam em métricas estatísticas e/ou matemática para obtenção dos resultados. Neste trabalho, foi posto em análise o desempenho de duas técnicas úteis para indicação de causalidade em séries temporais aplicadas em sinais de alarmes industriais, a saber: Correlação cruzada e Teste de causalidade de Granger. Como dados de alarmes industriais são inerentemente de natureza discreta, houve a necessidade de se realizar um pré-processamento sobre os dados de alarmes, através de uma técnica de suavização de sinais, antes de se aplicar em ambas as técnicas. Para validação das técnicas em estudo, foram utilizados dados de alarmes industriais oriundos de cenários de simulação de geração de alarmes com características bastante realísticas. Por fim, foram utilizados dados de alarmes industriais provenientes do benchmark Tennessee Eastman Process como resultados de uma aplicação real. Sendo assim, os resultados obtidos indicam que, em aspectos gerais, o Teste de causalidade de Granger desempenhou uma eficiência maior que a correlação cruzada na tarefa de indicação de relações causais em alarmes industriais.

A engenharia bioinspirada é um campo de pesquisa interdisciplinar, que inclui áreas específicas, tais como: biologia, engenharia, ciências físicas e biomimética. As múltiplas e bem-sucedidas aplicações, na engenharia moderna de sistemas inspirados em mecanismos da própria biologia, têm incentivado os pesquisadores de telecomunicações a utilizar a engenharia bioinspirada no aprimoramento dos sistemas de comunicação sem fio. Nesse sentido, essa dissertação procura investigar as aplicações das anatomias naturais das plantas em antenas de microfita. Além disso, é apresentada uma antena fractal de operação multibanda, com um modelo criado a partir de função iterativa, conhecido como a Árvore de Pitágoras. As antenas foram simuladas utilizando o substrato FR-4 de fibra de vidro/epóxi com constante dielétrica de 4,4 e espessura de 1,57mm. As estruturas foram caracterizadas com a ferramenta de análise Ansoft Designer, a qual implementa o método dos momentos (MoM). Alguns protótipos foram manufaturados e medidos em um analisador de rede vetorial, para fins de comparação.

Com a necessidade do aumento da qualidade dos produtos e do desempenho dos processos, o grau de automação cresceu bastante nas indústrias. Com isso, os sistemas estão cada vez mais complexos e vêm acompanhados por problemas difíceis de resolver devido à alta dimensionalidade desses sistemas e do grande volume do fluxo de informações necessárias, além da aleatoriedade de falhas e defeitos. Uma falha inesperada pode levar a riscos operacionais, por isso a importância de detectar e localizar a falha, principalmente quando a planta industrial ainda está operando em uma região controlável e é possível agir para trazer o processo de volta para o estado normal, seguro e operacional. Assim, é desejável que o sistema de detecção de falhas forneça respostas rápidas e confiáveis com um esforço computacional adequado para processamento em tempo real, mesmo necessitando tratar com grandes quantidades de dados. Para trabalhar com grandes quantidades de dados em tempo real, surgiu o modelo de data stream, que consiste de uma sequência ordenada de pontos que só podem ser lidos apenas uma ou algumas poucas vezes. Essa área cresceu bastante nos últimos anos, principalmente devido a grande quantidade de sistemas que precisavam tratar com dados desse tipo, que incluem desde dados do mercado financeiro, registros telefônicos, transações web a dados médicos, redes de sensores ou mesmo dados multimídia. Diante da relevância do tema de detecção de falhas, nessa tese foram utilizados o TEDA (Typicality and Eccentricity Data Analytics), o RDE (Recursive Density Estimation) e o R-PCA (Recursive Principal Component Analysis) como ferramentas para detecção de falhas em processos industriais. Para a análise do desempenho de cada uma dessas abordagens foi utilizado o clássico benchmark Tennessee Eastman Process. 

As superfícies seletivas em frequência têm recebido grande atenção por parte de pesquisadores em todo o mundo, devido a suas características de filtragem. Estas estruturas evoluíram em termos de fabricação. Assim, as geometrias utilizadas, inicialmente, eram fios em forma de grade e posteriormente, diversos tipos de novas geometrias tais como: elementos retangulares, quadrados, circulares, anéis, espiras quadradas etc., foram utilizados. Recentemente, elementos fractais e, mais recentemente, multifractais foram empregados. O emprego dessas geometrias é feito com o objetivo de se obter uma resposta em frequência específica. Parâmetros importantes, como largura de banda e frequência de ressonância são atendidos a partir do emprego de uma determinada geometria. Neste trabalho é proposto uma geometria multifractal com dupla similaridade, que tem como característica principal baixa sensibilidade à variação da periodicidade com relação à frequência de ressonância. Essa especificidade trará ganho no que diz respeito à elaboração do projeto, pois o controle da largura de banda é feito apenas com a alteração da periodicidade. Diversas simulações foram implementadas no ANSOFT DESIGNER, para efeito de comprovação, estruturas tradicionais foram simuladas, visando à demonstração do efeito da periodicidade na frequência de ressonância e, em seguida, dois protótipos foram construídos e efetuado medições para validar experimentalmente as simulações feitas.

O trabalho tem como objetivo encontrar os parâmetros necessários, para a construção de antenas de microfita, usando patches de formato retangular e circular. Para isso, utiliza-se a técnica de otimização, através do MétodoTaguchi, na qual cada parâmetro é definido a partir da frequência de operação, definida pelo usuário, das características elétricas do material, que será utilizado, para fabricar a antena (espessura do substrato e constante dielétrica do material) e da definição de valores máximo e mínimo, que os parâmetros podem atingir.

Os Algoritmos Genéticos (AGs) são utilizados para resolver problemas de busca e otimização no qual, uma solução ótima pode ser encontrada utilizando um processo iterativo e usando transições probabilísticas e não determinísticas. Todavia, dependendo do tipo de problema, o tempo para encontrar a solução pode ser elevado em máquinas sequenciais devido à complexidade computacional do algoritmo genético. Assim, esse trabalho possui como objetivo o desenvolvimento de um protótipo associado a uma implementação paralela de um algoritmo genético em FPGA (Field-programmable gate array). O principal objetivo do desenvolvimento dessa arquitetura é a otimização do tempo de processamento do sistema. Resultados associados com o tempo de processamento e a área ocupada para vários tamanhos de população foram analisados. Estudos relativos à precisão da resposta do algoritmo genético para o problema de otimização de funções com uma e duas variáveis também foram analisados para a implementação em hardware. Todo projeto foi desenvolvido utilizando a plataforma de desenvolvimento System Generator da Xilinx tendo como FPGA alvo um Virtex-7 xc7vx550t-1ffg1158 FPGA.

Com a ascensão da Industria 4.0, comunicação sem fio tem se tornado uma tendência em ambientes industriais, poupando recursos e possibilitando novas applicações quando comparada com tecnologias cabeadas. Neste contexto, as especificações WirelessHART e ISA100.11a tem emergido como soluções padrões. Apesar do alto grau de aplicabilidade, devido a natureza de seus desafios (confiabilidade, consumo de energia, tolerância a falhas, atrasos constantes), redes industriais sem fio são usadas, na maioria das aplicações, para monitoramento. Devido a esses motivos e o caráter conservador da industria, a demanda para avaliação e garantia de confiabilidade em Sistemas de Controle sobre Redes sem Fio (Wireless Networked Control System - WNCS) é iminente. Visando esclarecer e desmistificar o uso de tecnologias sem fio em malhas de controle na industria, este presente trabalho traz uma visão geral de WNCS e experimentos práticos de avaliação que permitem analisar o comportamento de redes WirelessHART e ISA100.11a no control e de processos através do controle de uma malha de nível por algoritmo PID implementado numa aplicação host. O estudo fez uso dos kits SmartMesh WirelessHART Starter Kit e  Nivis ISA100.11a Integration kit, da Dust-Networks e Nivis, respectivamente, para estabelecer as redes sem fio, aliados aos transmissores de pressão 3051S (Emerson) e EJX110 (Yokogawa), e garante confiabilidade e eficiência de aplicações de controle sobre redes sem fio.

Este trabalho tem como objetivo a adequação de uma estação de tratamento de água, através do desenvolvimento e a implantação de um sistema de automação e supervisão voltado para produção de água purificada para fins farmacêuticos. A água tem importância fundamental na indústria farmacêutica, participa dos processos de limpeza de materiais e superfícies, além de ser utilizada como veículo em formulações, exigindo uma série de especificações físico-química e microbiológicas. O processo de purificação da água deve passar rotineiramente por um controle de qualidade rígido e deve possuir um processo industrial conciso, automatizado e eficiente, de acordo com a legislação vigente. A utilização de redes de automação e sistemas supervisórios está longe de ser novidade em qualquer tipo de indústria, porém, neste caso, a planta industrial objeto de estudo não utilizava estas ferramentas. Para atingir o objetivo proposto fez-se a implementação de uma rede de comunicação industrial entre os equipamentos da planta, através de uma rede padrão MODBUS, uma rede instrumental com sinal de corrente elétrica e uma rede padrão Ethernet. Concentrou-se os dados de leituras das variáveis dos equipamentos no CLP mestre, este por sua vez ligado a um sistema SCADA. Este SCADA fornece ao operador uma visão panorâmica do processo, informando-o em tempo real o comportamento das variáveis provenientes das etapas do processo, facilitando qualquer intervenção ou mudança no sistema. Os dados mais importantes são armazenados diariamente em arquivos na estação do SCADA, ficando disponíveis para futuras auditorias ou durante a validação anual da planta, comprovando a eficácia e segurança de todo o sistema.

Historicamente as cidades seguem modelos de planejamento reativos onde o gestor toma decisões conforme a ocorrência dos problemas. Por outro lado, o crescimento exponencias das Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC) tem permitido que diversos sensores, dispositivos, sistemas e objetos se conectem, gerando dados que podem ser transformados em informação e usados em um paradigma de planejamento urbano mais eficiente onde as decisões podem ser tomadas antes que os problemas ocorram. Assim, nesse trabalho será desenvolvido um software capaz de estimar a quantidade de dióxido de carbono, a partir de leituras de sensores existentes em veículos, que irá contribuir para o planejamento proativo das cidades a partir do monitoramento da poluição veicular. Técnicas de CrowdSensing e um leitor On-Board Diagnostic (OBD-II) serão utilizados para extrair dados dos veículos em tempo real, armazenados localmente nos aparelhos que foram coletados. Por fim, podemos ver que a partir das informações obtidas, existe a possibilidade de se extrair informações a respeito do funcionamento do veículo e até mesmo realizar inferências sobre a dinâmica dos veículos nas cidades, mostrando potencial para o desenvolvimento de ferramentas auxiliares a gestão dos centros urbanos.

Este trabalho aborda o problema de projeto de controladores adaptativos por
posicionamento de polos para plantas incertas, monovariáveis, lineares e invariantes
no tempo (LTI), tanto de fase mínima como de fase não mínima. No primeiro esquema
apresentado, denominado Controle Adaptativo por Posicionamento de Polos e Estrutura
Variável (VS-APPC), os parâmetros do controlador são calculados a cada instante de
tempo a partir das estimativas dos parâmetros da planta, que são geradas por leis
chaveadas baseadas na teoria dos Sistemas com Estrutura Variável (VSS), e de um
polinômio característico, escolhido com base em especificações de desempenho e que
define a posição desejada para os polos de malha fechada. O segundo esquema,
denominado Controle Adaptativo Intervalar por Posicionamento de Polos e Estrutura
Variável (IVS-APPC), é projetado para plantas intervalares, ou seja, plantas cujos
parâmetros são desconhecidos mas limitados a intervalos conhecidos, que são comuns
em situações práticas onde muitas vezes os modelos de sistemas LTI tratados são na
verdade aproximações de sistemas não-lineares, por exemplo, o que pode resultar em
incertezas paramétricas significativas para os sistemas de controle. No projeto do
IVS-APPC, os parâmetros do controlador são calculados da mesma forma que no caso do
VS-APPC, mas devem estar contidos em intervalos previamente calculados por um
algoritmo de otimização que busca solucionar um problema de Programação Não-Linear,
de forma a garantir que os polos de malha fechada permaneçam em uma região convexa
definida pelas raízes de um polinômio característico intervalar, cuja estabilidade é
garantida pelo Teorema de Kharitonov. A principal motivação deste trabalho é a
aplicação dos esquemas propostos a plantas de fase não mínima, já que a abordagem de
controle conhecida como Controle Adaptativo por Modelo de Referência e Estrutura
Variável (VS-MRAC), que tem apresentado ao longos dos últimos anos resultados
satisfatórios de desempenho e robustez, é restrita a plantas de fase mínima.
Resultados de simulação são apresentados para ilustrar as propriedades dos esquemas
propostos, como por exemplo transitório rápido, sinal de controle suave sem
filtragem e robustez a variações paramétricas.

Os avanços tecnológicos recentes na área de telecomunicações têm incrementado a demanda por dispositivos móveis de micro-ondas que sejam leves, compactos e versáteis. Neste cenário, tem havido um grande interesse em novas configurações de dispositivos e circuitos de micro-ondas, o que tem resultado em um aumento de complexidade nos processos de desenvolvimento, particularmente nos casos de sínteses. Para reduzir as dificuldades, uma boa alternativa é a aplicação de algoritmos bioinspirados com o intuito de adequar o comportamento dessas novas estruturas às características de desempenho desejadas. Neste contexto, uma das primeiras vertentes a obter êxito na solução de problemas complexos foi a utilização de algoritmos evolutivos através dos Algoritmos Genéticos, onde o objetivo principal é a sobrevivência dos indivíduos mais fortes. Outra vertente em evidência nos últimos anos é a inteligência de enxames, em que os indivíduos ou agentes trabalham em conjunto pelo bem comum. Entre estas, um dos principais representantes é a Otimização por Enxame de Partículas (Particle Swarm Optimization - PSO). Por outro lado, as antenas e as superfícies seletivas de frequência (Frequency Selective Surface - FSS) são estruturas muito importantes nos sistemas de comunicações, que podem ser otimizadas pela atuação dos algoritmos bioinspirados. Geralmente, para que os algoritmos bioinspirados auxiliem na otimização dessas estruturas é necessária a implementação de técnicas de análise numérica como o método dos momentos ou o método dos elementos finitos. Diante da dificuldade de modelagem das técnicas descritas, surgem alternativas como a hibridização. Por exemplo, uma solução adotada consiste na junção de um algoritmo bioinspirado com uma função de estimação, como as Redes Neurais Artificiais, ou com métodos de interpolação. Embora seja possível encontrar soluções desejadas com hibridização, as estimações são realizadas após um processo de treinamento efetuado através de uma base de dados que pode ser formada por conjuntos de entrada e de saída. Cada estrutura de antena ou de FSS exige uma base de dados para treinamento que é específica. Este trabalho propõe uma técnica de otimização baseado na utilização de um algoritmo bioinspirado e um framework que realiza o acoplamento do algoritmo ao software comercial ANSYS HFSS. O propósito é realizar as simulações das soluções em potencial durante a execução do algoritmo bioinspirado, e com isso, evitar o uso de uma base de dados, e tornar o modelo eficiente e flexível com relação às alterações nas estruturas das antenas e FSS. Outro objetivo original deste trabalho é a utilização do algoritmo Social Spider Optimization (SSO) para a solução de problemas na área de eletromagnetismo aplicado. O algoritmo SSO é baseado na inteligência de enxames e apresenta como característica diferencial a modelagem de indivíduos com comportamentos diferentes entre si, o que pode melhorar a varredura no espaço de busca. Para comprovar a eficácia da técnica proposta, alguns projetos de antenas e de FSS são otimizados através de variações em seus parâmetros estruturais. Inicialmente, deseja-se melhorar a largura de banda de uma antena para atuar como banda ultra larga. Em seguida, é realizada a otimização de uma estrutura de FSS para garantir um comportamento específico em termos de frequência de ressonância e largura de banda. Posteriormente, a técnica proposta é utilizada para auxiliar na redução de tamanho de uma antena de microfita que utiliza duas técnicas de miniaturização. Os resultados obtidos na otimização dos projetos dos circuitos são comparados com os de outras técnicas, tendo sido observado uma boa concordância.

O uso dos Ambientes Virtuais de Aprendizagem (AVAs) na Educação a Distância (EaD) tem gerado um crescente volume de dados provenientes de interações entre os atores desse processo. O tutor a distância é o ator responsável por mediar o processo de aprendizagem dos alunos e por promover a interação nos AVAs. O volume de dados gerado a partir dessas interações, se devidamente explorado, pode fornecer o entendimento sobre a relação de influência entre o desempenho dos tutores a distância e a participação efetiva de alunos em AVAs. Diante deste contexto, delimitou-se o objetivo de pesquisa desta tese como sendo o desenvolvimento de um sistema proativo para monitoramento e avaliação das atividades de tutoria a distância, por meio de indicadores comportamentais em AVAs. O método utilizado nesta pesquisa foi baseado na metodologia de Learning Analytics de seis dimensões, onde foram definidos os interessados, os objetivos, os dados, os instrumentos, as restrições externas e as limitações internas. As análises foram realizadas por meio de dados históricos advindos de um curso tecnólogo e de dez cursos de graduação ofertados pela Secretaria de Educação a Distância da Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Ao todo, foram utilizadas três amostras. A primeira amostra foi composta por informações de 38 tutores a distância e a segunda amostra foi composta por informações de 2.227 alunos, sendo os dados das duas amostras pertencentes à 62 turmas. Já a terceira amostra foi composta por informações de 353 tutores a distância, pertencentes à 1.281 turmas. Como principais resultados desta tese, tem-se: (i) construção de um modelo de conhecimento (ontologia) capaz de mapear as relações existentes entre os atributos comportamentais dos tutores a distância e a participação efetiva dos alunos, por meio do Coeficiente de Correlação de Pearson; (ii) construção de um Web Service capaz de processar as informações relacionadas aos atributos dos tutores a distância, classificar os seus desempenhos por meio das técnicas k-Means e Farthest First e fazer recomendações com base no modelo de conhecimento; e (iii) criação de um plugin para o Moode que permite a visualização dos dados processados pelo Web Service e que serve como subsídio para os gestores dos referidos cursos.

Nesta tese apresentamos uma nova abordagem para realizar o agrupamento e a classificação de um conjunto de dados de forma não supervisionada. A abordagem proposta utiliza os conceitos de tipicalidade e excentricidade usados pelo algoritmo TEDA na detecção de outliers. Para realizar o agrupamento e a classificação é proposto um algoritmo estatístico chamado Auto-Cloud. As amostras analisadas pelo Auto-Cloud são agrupadas em unidades chamadas de Data Clouds, que são estruturas que não possuem formato ou limites definidos. O Auto-Cloud permite que cada amostra analisada possa pertencer simultaneamente a várias Data Clouds. O Auto-Cloud é um algoritmo autônomo, que não necessita de treinamento ou qualquer conhecimento prévio sobre o conjunto de dados  analisado. Além disso, ele permite a criação e a fusão das Data Clouds de forma autônoma, a medida que as amostras são lidas. O algoritmo é indicado para o agrupamento e classificação de streams de dados e para aplicações que requerem respostas em temporeal. O Auto-Cloud também é um algoritmo recursivo, o que o torna rápido e exige pouca quantidade de memória. Já no processo de classificação dos dados, o Auto-Cloud utiliza o grau de pertinência entre cada amostra analisada e cada Data Cloud criada no processo de agrupamento. A classe a que pertence cada amostra é determinada pela Data Cloud com maior grau de pertinência com relação a amostra. Para validar o método proposto, utilizamos o mesmo numa aplicação de detecção e classificação de falhas em processos industriais. Para isso, utilizamos dados reais, obtidos de duas plantas industriais.

Este trabalho utiliza como base a arquitetura P2IP, de grão grosso reconfigurável (em tempo de execução) de baixa latência, aplicada ao processamento de imagens em tempo real. Esta arquitetura foi implementada em FPGA, sendo validada com alguns algoritmos básicos de processamento de imagens, tais como Edge Sharpening, Canny Edge Detection e Harris Corner Detection. A quantidade de Elementos de Processamento é definida pelo algoritmo que demanda uma quantidade maior de processamento. Entretanto, nem todos os Elementos de Processamento são utilizados o tempo todo. Mesmo estando ociosos estes Elementos de Processamento contribuem ativamente para o consumo estático de potência. A ideia do presente trabalho é propor uma versão modificada do Elemento de Processamento, que não contenha nenhum bloco interno, mas seja capaz de replicar a entrada na saída. Quando necessário, este novo EP é substituído pelo tradicional utilizando Reconfiguração Parcial. Isso leva a um consumo energético mais eficiente, característica bastante relevante de sistemas alimentados a bateria. As variáveis utilizadas na validação da proposta serão o consumo energético, a latência durante a reconfiguração parcial e a área ocupada.

A presente tese apresenta uma técnica inovadora — designada como sistema especialista baseado em regras ponderado por tendências (SEBRPT) — fundamentada na integração de duas ferramentas existentes na área de inteligência artificial, os sistemas especialistas (SE) e a análise qualitativa de tendências (QTA). Um dos objetivos desta abordagem é usufruir das principais vantagens associadas a cada uma das ferramentas utilizadas, tais como a facilidade de se representar o conhecimento através de regras e a capacidade de extrair o comportamento e as tendências de um sinal contínuo. Esta metodologia também permite preencher uma lacuna entre métodos puramente baseado em números (quantitativos) e métodos puramente simbólicos (qualitativos), permitindo assim uma obtenção de resultados a partir de um processo de inferência baseado tanto nos valores exatos como nas tendências de um determinado sinal. Dessa forma, a técnica abordada possibilita a extração de um "fator de certeza" associado a uma regra previamente modelada por um especialista, descartando assim a lógica puramente booleana (verdadeiro/falso) adotada nos sistemas especialistas clássicos. O método proposto permite uma adoção direta em ambientes industriais, especialmente na área de automação inteligente. Seus principais recursos e características, com aplicação no monitoramento de processos industriais, serão demonstrados por simulações e resultados experimentais baseados no benchmark conhecido como o processo de Tennessee Eastman.

Superfícies seletivas de frequência (FSS) têm sido utilizadas em Telecomunicações para os mais variados propósitos, que vão desde a fabricação de antenas de hiper-ganho e de sub-refletores a seu uso como bloqueadores de sinais em presídios. A possibilidade de acoplá-las a antenas de microfita e guias de onda, bem como seu enorme potencial para combater o problema crescente da interferência nos sistemas de comunicação, as tornam ainda mais atrativas para esse mercado. O objetivo desse trabalho é propor e analisar uma FSS de comportamento multibanda, independente de polarização e com estabilidade angular, a qual seja resultante da combinação de diferentes técnicas de miniaturização, tais como a fractalização e o uso de elementos convolucionados, de modo a torná-la mais compacta, leve e eficiente. Os resultados são, então, obtidos com o software comercial Ansoft Designer, utilizado para a análise do comportamento eletromagnético da FSS, por meio do Método dos Momentos (MoM). Para tanto, nessa tese, é previamente conduzido um estudo bibliográfico sobre as FSS e a geometria monofractal. Este trabalho também descreve as principais técnicas de miniaturização disponíveis na literatura, detalhando os efeitos, benefícios e desvantagens de cada uma em relação à resposta da estrutura.

O processo de ensino da robótica educacional envolve não apenas a criação de um robô, mas também a utilização do mesmo para a realização de uma atividade interdisciplinar. O uso de robótica em sala de aula levanta uma questão: como os alunos serão avaliados nos conceitos que envolvem a aula de robótica educacional? Desenvolvemos neste trabalho uma metodologia de avaliação de aulas de robótica educacional. Baseado em pesquisas com professores e no conhecimento da equipe sobre a área, levantamos critérios de avaliação relevantes para esta área de ensino, considerando os tópicos de uma aula de robótica educacional que devem ser avaliados: montagem do robô, programação do robô e resolução da atividade interdisciplinar proposta. Com este objetivo, definimos seis critérios avaliativos que podem ser aplicados a critério do professor. No entanto, reconhecemos o desafio da aplicação de uma metodologia avaliativa em aulas de robótica educacional, por demandar muito tempo e esforço do professor, que deve ficar atento a todos os passos da aula de robótica, e aplicar os critérios avaliativos a todos os alunos. Com o objetivo de auxiliar o docente nesta tarefa, inserimos esta metodologia de avaliação em um simulador de robótica educacional, permitindo que o simulador realize a avaliação de forma automática, fornecendo ao professor apenas os resultados da mesma. O professor ainda é o responsável por definir todos os critérios avaliativos, mas o simulador é o responsável por analisar o aluno à medida que ele executa uma atividade e atribuir a ele notas considerando os critérios definidos pelo professor. Por fim, para validar