Dissertações/Teses

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2022
Dissertações
1
  • LEONARDO ARAUJO NUNES
  • Controle por Realimentação Derivativa para Sistemas Dinâmicos de Segunda Ordem com Atraso

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JOSÉ MÁRIO ARAÚJO
  • KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • Data: 19/01/2022

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  • Neste trabalho propõe-se um método para o projeto de controladores por realimentação derivativa de estados de sistemas lineares representados por equações diferenciais matriciais de segunda ordem com atraso no sinal de controle. A partir da representação no domínio da frequência, conhecida como modelo por receptância, é formulado um problema de otimização para o cálculo de ganhos do controlador que limitem o pico em frequência de uma função de sensibilidade, garantindo assim estabilidade robusta em malha fechada mesmo diante do atraso. Algoritmo Genético é usado na resolução do problema de minimização. Para tratar de sistemas com matriz massa singular, uma estrutura com o preditor de Smith filtrado é proposta, a qual garante a regularização do sistema e a eliminação de dinâmicas impulsivas para condições iniciais consistentes. Experimentos numéricos ilustram a eficácia do método proposto, inclusive na eliminação de dinâmicas impulsivas, e trazem comparações com controladores por realimentação de estado.


  • Mostrar Abstract
  • This work proposes a method for designing controllers by state-derivative feedback of linear systems represented by second-order matrix differential equations with delay in the control signal. From the frequency domain representation, known as the receptance model, an optimization problem is formulated for the computation of controller gains that limit the frequency peak of a sensitivity function, thus ensuring robust stability in closed-loop even in face of delay. Genetic Algorithm is used to solve the optimization problem. To deal with systems with a singular mass matrix, a structure with a filtered Smith predictor is proposed, which guarantees the regularization of the system and the elimination of impulsive dynamics for consistent initial conditions. Numerical experiments illustrate the effectiveness of the proposed method, including the elimination of impulsive dynamics, and bring comparisons with state feedback controllers.

2021
Dissertações
1
  • SAMUEL SIMÕES BRITO DE AZEVEDO
  • Evaluation of Fault-Induced Traveling Waves in a Transmission Line Experimental Test Bench

  • Orientador : FLAVIO BEZERRA COSTA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • RODRIGO PRADO DE MEDEIROS
  • WASHINGTON LUIZ ARAUJO NEVES
  • Data: 28/01/2021

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  • Os métodos de detecção de ondas viajantes têm sido amplamente estudados nos últimos anos, devido à implementação de esquemas de proteção e localização de falhas,
    baseados em ondas viajantes e aplicados a sistemas de transmissão, por serem mais rápidos e precisos que os esquemas tradicionais empregados pelas empresas de energia. Os
    pesquisadores vêm desenvolvendo métodos de detecção de ondas viajantes usando as
    mais variadas técnicas de processamento digital de sinais. Este trabalho fornece uma
    análise dos métodos de detecção de ondas viajantes, com foco principal na transformada
    wavelet estacionária com efeito de borda de tempo real, a partir de dados experimentais
    provenientes de uma plataforma de testes de linha de transmissão trifásica. Esta pesquisa
    tem o objetivo de desenvolver um método que utilize uma alta frequência de amostragem
    para detectar a primeira frente de onda incidente, assim como as subsequentes devido a
    reflexões nos terminais da linha e no ponto de falha. A bancada de testes experimentais
    é composta por uma fonte de corrente alternada trifásica, um cabo de cobre flexível do
    tipo polipropileno de quatro fios e com um quilômetro de comprimento, que permite o
    fenômeno de propagação de ondas viajantes, uma resistência de carga e uma resistência
    falta. A aplicação de cada falta é realizada pressionando-se um botão. Correntes e tensões são medidas por meio de transdutores conectados a um dos terminais da linha, ao
    ponto de falta e a um osciloscópio. Portanto, os sinais transitórios de falta são adquiridos,
    armazenados e podem ser analisados offline. Ao lidar com esta configuração, é possível
    controlar a distância em que a falta ocorre, o tipo de falta, bem como a resistência e o
    ângulo de incidência da falta



  • Mostrar Abstract
  • Traveling-wave detection methods have been widely studied in recent years due to
    the implementation of traveling-wave-based protection and fault location schemes applied to transmission systems since they are faster and more accurate than traditional
    schemes employed by power companies. Researchers have been developed travelingwave detection methods by using the most varied digital signal processing techniques.
    This work provides a traveling wave-based detection methods analysis with the main
    focus on real-time boundary stationary wavelet transform, by using experimental data,
    which is extracted from a three-phase transmission line test platform. This research intends to develop a method that utilizes high-sampling frequency to detect the first incident
    wavefront, as well as the subsequent ones due to reflections at line terminals and at fault
    point. The experimental test bench is composed of a three-phase alternate current source,
    a one kilometer long four-wire polypropylene-type flexible copper cable, which enables
    the traveling-wave propagation phenomenon, a load resistance, and fault resistance. The
    fault switching is realized by pressing a push-button. Currents and voltages are measured
    by means of transducers connected to one of the line terminals, the fault point, and an
    oscilloscope. Therefore, fault transient signals are acquired, stored, and can be offline
    analyzed. Handling this setup, it is possible to control the distance that fault occurs, the
    fault type, as well as the fault resistance and the fault incidence angle.


2
  • JOÃO LUCAS CORREIA BARBOSA DE FARIAS
  • Controle Inteligente de um Pâncreas Artificial utilizando Redes Neurais Artificiais

  • Orientador : WALLACE MOREIRA BESSA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AMERICO BARBOSA DA CUNHA JUNIOR
  • ADRIANA AUGUSTO DE REZENDE
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • WALLACE MOREIRA BESSA
  • Data: 23/07/2021

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  • O Diabetes Mellitus Tipo 1 é uma doença de acomete milhões de pessoas no mundo. Recentemente, graças ao incrível avanço no campo dos dispositivos embarcados, têm surgido propostas de dispositivos que injetam insulina por via subcutânea, no intuito de regular automaticamente a concentração de glicose no sangue do paciente diabético. Deste modo, este Pâncreas Artificial poderia proporcionar aos pacientes uma vida com mais qualidade, autonomia e conforto. Este trabalho visa projetar um controlador não linear inteligente com compensador por redes neurais artificias do tipo função de base radial (RBF, Radial Basis Function) para um pâncreas artificial utilizando o modelo IVP (Identifiable Virtual Patient) de regulação glicêmica para simular a dinâmica do paciente virtual. Os pacientes virtuais e as refeições são geradas de forma aletaória de acordo com distribuições normais e os parâmetros dos pacientes são variados de forma senoidal ao longo da simulação. A abordagem de controle proposta não tem conhecimento da dinâmica do sistema e não é avisada quando o paciente realiza uma refeição. O primeiro controlador analisado foi baseado na técnica de linearização por realimentação com compensador por rede neural RBF e algoritmo de projeção e o segundo foi baseado no controle por modos deslizantes com compensador por rede neural RBF. Na primeira parte dos testes, foram simulados 200 pacientes virtuais com duração de 7 dias e com 3 refeições por dia. Os controladores obtiveram desempenhos equivalentes com o pior cenário registrando média glicêmica de 115,97 mg/dL e 97,14% de tempo em regime normoglicêmico. Na segunda parte, foi simulado 1 paciente virtual por um período de 63 dias com 3 refeições diárias, visando analisar o comportamento dos controladores à longo prazo. No pior cenário, as simulações registraram glicemia média de 119,20 mg/dL e 93,67% de tempo em normoglicemia. Nesse caso, a técnica de linearização por realimentação apresentou um melhor desempenho, sugerindo que – à longo prazo – o algoritmo de projeção proporciona maior estabilidade à atualização do vetor de pesos da rede neural. Os resultados indicam que, devido a capacidade de aprendizagem contínua e adaptação às mudanças do sistema, o controle inteligente proposto se mostrou apto para lidar com o problema de regulação glicêmica em pacientes com diabetes mellitus tipo 1 de forma eficaz.


  • Mostrar Abstract
  • Type 1 Diabetes Mellitus is a disease that affects millions of people around the world. Recently, the incredible progress of embedded devices has given rise to proposals of devices that pump insulin subcutaneously, with the purpose of automatically regulating blood glucose level in diabetic patients. This way, the Artificial Pancreas could provide a better quality of life with more autonomy and comfort to the patients. The goal of this work is to design a nonlinear intelligent controller with a radial basis function (RBF) artificial neural network as an uncertainty estimator for an artificial pancreas using the IVP (Identifiable Virtual Patient) model for blood glucose regulation to simulate the dynamics of the virtual patient. The virtual patients and meals are randomly generated following normal distributions and the parameters of the patients vary in a sinusoidal way over the course of the simulation. The proposed control approach neither has knowledge of the system dynamics nor is alerted when a patient has a meal. The first controller analyzed was based on the feedback linearization (FBL) technique with a RBF estimator and a projection algorithm, and the second one was based on sliding modes control with a RBF estimator. On the first part of the tests, 200 virtual patients underwent a 7-day, 3-meal per day simulation. The controllers had equivalent performances with worst case scenario resulting in 115,97 mg/dL mean blood glucose and 97,14% of the time in normoglycemic regime. On the second part, 1 patient underwent a 63-day, 3-meal per day simulation with the goal of analyzing the long-term behavior of the controllers. In the worst case scenario, the simulations resulted in 119,20 mg/dL mean blood glucose and 93,67% of the time in normoglycemia. On this part, FBL technique showed better perfomance, suggesting that, in the long run, the projection algorithm provides greater stability in the update of the neural network weight vector. The results indicate that, due to its continuous learning and adaptation abilities, the proposed intelligent controller has proven to be fit for the problem of efficient blood glucose regulation in patients with type 1 diabetes mellitus.

3
  • PEDRO HENRIQUE DE MEDEIROS LEITE
  • Projeto de controladores fuzzy Takagi-Sugeno convencional e tipo 2 intervalar PDC com realimentação de estados para um sistema robótico serial com dois elos

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • OSCAR GABRIEL FILHO
  • WALLACE MOREIRA BESSA
  • Data: 23/07/2021

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  • A robótica é um dos campos de estudo com maior promissão para o século XXI. A em- pregabilidade dos sistemas robóticos é alta, variando do setor automobilístico, como o caso dos robôs soldadores na indústria automobilística, à medicina (por exemplo, robôs cirurgiões). Nesta dissertação de mestrado, foi analisado um sistema robótico que consiste em um braço serial de dois elos e com isso foram projetados controladores para esse sistema não-linear utili- zando lógica fuzzy. Em particular, foram desenvolvidos controladores Takagi-Sugeno baseados em lógica fuzzy convencional (também conhecida como de tipo 1) e lógica fuzzy tipo 2 inter- valar, juntamente com a técnica de compensação paralela distribuída (PDC), em que o sistema não-linear foi dividido em regiões de subsistemas lineares com realimentação de estados, em que cada resposta do subsistema tem a sua parcela de contribuição na resposta final do sistema. O controle do sistema foi analisado a partir dos índices de desempenho IAE, ITEA, ISE e ITSE e também pelo tempo de acomodação e o percentual de sobressinal. Nesse contexto, a partir desses critérios de desempenho enunciados, foi feita uma comparação entre os controladores fuzzy tipo 1 PDC e fuzzy tipo 2 intervalar PDC, ambos com realimentação de estados para saber quem é o melhor.


  • Mostrar Abstract
  • Robotics is one of the most promising fields of study for the 21st century. The employability of robotic systems is high, ranging from the automotive sector, such as welding robots in the automotive industry, to medicine (for example, robot surgeons). In this master’s thesis, a robo- tic system that consists of a two-link serial arm was analyzed and controllers were designed for this non-linear system using fuzzy logic. In particular, Takagi-Sugeno controllers were develo- ped based on conventional fuzzy logic (also known as type 1) and type 2 interval fuzzy logic, together with the distributed parallel compensation technique (PDC), in which the nonlinear system was divided in regions of linear subsystems with state feedback, in which each response of the subsystem has its share of contribution in the final response of the system. The control of the system was analyzed from the IAE, ITEA, ISE and ITSE performance indexes and also by the accommodation time and the percentage of outstanding. In this context, based on these performance criteria, a comparison was made between the fuzzy type 1 PDC and fuzzy type 2 interval PDC controllers, both with state feedback to know who is the best.

2020
Dissertações
1
  • VITOR GABOARDI DOS SANTOS
  • Sistema de detecção e modelagem de rampas e degraus para um exoesqueleto de membros inferiores

  • Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADELARDO ADELINO DANTAS DE MEDEIROS
  • AGOSTINHO DE MEDEIROS BRITO JUNIOR
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • TANIA LUNA LAURA
  • Data: 28/02/2020

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  • Ao longo dos últimos anos têm sido desenvolvidos diversos trabalhos que envolvem a utilização de um exoesqueleto para reabilitação e assistência à caminhada de pacientes que possuam algum grau de deficiência motora. Embora um progresso significativo tenha sido alcançado, ainda existem diversos desafios a serem superados. Uma característica desejável é que os movimentos produzidos pelo exoesqueleto sejam automaticamente adaptados conforme o usuário caminhe e, para que isso aconteça, é imprescindível a utilização de um sistema de visão computacional que obtenha as informações do ambiente em que o usuário esteja localizado, classificando as estruturas que compõe a cena como transponíveis ou não. Nesse contexto, uma nova estratégia voltada para a detecção de rampas e degraus que possam ser transpostas por usuários de um exoesqueleto e que estejam de acordo com especificações técnicas é proposta. Inicialmente, um sensor RGB-D será utilizado para capturar informações tridimensionais do ambiente na forma de uma estrutura de dados chamada de nuvem de pontos. Em seguida, detectam-se segmentos de planos utilizando uma metodologia baseada em hipótese e verificação. Analisando o vetor normal dos segmentos de planos detectados é possível estabelecer candidatos a degraus e rampas. Por fim, através da análise das dimensões geométricas é possível verificar se as rampas e degraus são transponíveis. Resultados foram obtidos aplicando a metodologia proposta considerando ambientes distintos, onde foi possível detectar e modelar rampas e degraus satisfatoriamente.


  • Mostrar Abstract
  • In recent years, many studies have been carried out on the topic of exoskeletons related to locomotion assistance. The main goal of these devices is to assist the elderly and physically challenged persons in daily activities, replacing or increasing the movement of body articulations. Although significant progress has been achieved, many challenges still remain. A desirable feature for exoskeletons is the planning of autonomous movements, so that the movements are automatically adapted according to the environment that the user is facing. Therefore, it is indispensable the use of a computer vision system to provide information about the environment where the user is located, classifying the structures of the scene as walkable or not. In this sense, we propose a new strategy for ramp and step detection which are in accordance with technical standards and can be climbed for exoskeleton users. Initially, we use a RGB-D sensor to acquire depth information of the environment. Next, we perform plane segmentation using a hypothesis and verification methodology. Through the plane normal analysis, it is possible to establish ramps and steps candidates. Finally, plane dimensions are verified in order to decide whether the ramps and steps are qualified to be climbed. Results were obtained applying the method considering different environments, where it was possible to detect and model ramps and steps satisfactorily for the presented scenarios.

2
  • IGOR CABRAL MACHADO LOPES
  • Controlador desacoplado para manipulador robótico articulado com três graus de liberdade

  • Orientador : SAMAHERNI MORAIS DIAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALDAYR DANTAS DE ARAUJO
  • KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • SAMAHERNI MORAIS DIAS
  • TIAGO ROUX DE OLIVEIRA
  • Data: 23/12/2020

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  • Este trabalho propõe o controle de um manipulador robótico articulado, classificado na literatura como Antropomórfico (RRR), o qual é formado por três juntas de revolução, três graus de liberdade e movimento espacial. Este tipo de manipulador possui grande liberdade de movimento dentro do seu espaço de trabalho e possui inúmeras aplicações. Para controlar o manipulador, duas estratégias de controle serão aplicadas, a primeira é um controlador adaptativo por modelo de referência e estrutura variável e a segunda um controlador linear proporcional derivativo. As duas estratégias serão associadas a uma técnica de inversão de sistemas não lineares que desacopla a dinâmica de cada junta do manipulador. Desta forma, cada junta possuirá um controlador independente. Resultados simulados serão apresentados para demonstrar o funcionamento dos controladores e um conjunto de métricas serão aplicadas para auxiliar na comparação entre as técnicas de controle.


  • Mostrar Abstract
  • This work proposes a control technique to an articulated robotic manipulator, classified in the literature as anthropomorphic (RRR), which is formed by three rotary joints, three degrees of freedom, and spatial movement. Articulated manipulators (RRR) have freedom of movement inside their workspace and are a type of manipulator widely used. The proposed control will use an inversion technique to decouples the dynamic of each joint of the RRR manipulator and apply to each decoupled joint two control strategies. The first strategy is the variable structure model adaptive control, and the second is a linear proportional derivative controller. In the end, simulation results are shown, and some analyses about them are done. 

2019
Dissertações
1
  • FRANCISVAL GUEDES SOARES
  • Estimação de Atitude e Velocidade Angular em Nanossatélites Utilizando um Observador de Luenberger para Sistemas Não Lineares

  • Orientador : KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALDAYR DANTAS DE ARAUJO
  • ERICO CADINELI BRAZ
  • JOILSON BATISTA DE ALMEIDA REGO
  • KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • SAMAHERNI MORAIS DIAS
  • Data: 30/04/2019

  • Mostrar Resumo
  • Os avanços tecnológicos das últimas décadas, juntamente com a padronização dos CubeSats, tornaram viável a utilização de nanossatélites para fins comerciais e institucionais. Aproveitando-se dessa tendência, o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) vem desenvolvendo o projeto CONASAT, que consiste em uma constelação de nanossatélites para coleta de dados ambientais. A interação em constelação exige razoável precisão do sistema de determinação e controle de atitude (ADCS) dos satélites, em meio a limitações da plataforma CubeSat e do custo do projeto. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta uma alternativa de menor complexidade ao filtro de Kalman estendido (EKF), com uma implementação do observador de estados de Luenberger para sistemas não lineares, tendo em vista a estimação da atitude e velocidade angular do satélite, considerando o uso do algoritmo QUEST para obtenção da atitude a partir de vetores medidos. Adota-se um modelo cinemático do sistema com parametrização da matriz de rotação por quatérnio e um modelo dinâmico considerando o objeto como um corpo rígido com a presença de torque devido a perturbações magnéticas. O sistema de sensores de atitude é composto por um magnetômetro e um sensor solar, simulados a partir do modelo ideal com adição de ruído branco. O estimador implementado é avaliado por meio de simulação, juntamente com uma abordagem do EKF com restrição de norma. Por fim, algumas conclusões e considerações finais são apresentadas.


  • Mostrar Abstract
  • The technological advances of the last decades, together with the standardization of the CubeSats, have made viable the use of nanosatellites for commercial and institutional purposes. Taking advantage of this trend, the National Institute of Space Research is developing the CONASAT project, which consists of a constellation of nanossatellites for the collection of environmental data. Constellation interaction requires reasonable accuracy of the satellite attitude determination and control system (ADCS), despite the limitations of the CubeSat platform and cost of the project. In this context, the present work proposes a less complex alternative to the extended Kalman filter (EKF), with an implementation of the Luenberger state observer for nonlinear systems in order to estimate the attitude and angular velocity of the satellite, considering the use of the QUEST algorithm to obtain attitude from measured vectors. The estimation scheme adopts a kinematic model of the system with parameterization of the rotation matrix by quaternion, and a dynamic model considering the object as a rigid body, with the presence of torque due to magnetic disturbances. The attitude sensor system consists of a magnetometer and a sun sensor, simulated from the ideal model with additional white noise. The implemented estimator is evaluated using simulations, together with an approach from the EKF. Finally, some conclusions and final considerations are presented.

2
  • NELSON JOSÉ BONFIM DANTAS
  • Projeto de Controlador para Sistemas de Segunda Ordem com Atraso via Resposta em Frequência

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • JOSÉ MÁRIO ARAÚJO
  • THIAGO ANTONIO MELO EUZÉBIO
  • Data: 03/05/2019

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  • A solução de problemas de controle para sistemas de segunda ordem com atraso constitui um dos desafios da engenharia. Fenômenos como as vibrações mecânicas, a ressonância e outros tantos podem ser descritos matematicamente por esse tipo de sistemas. Este trabalho tem como objetivo principal solucionar um problema de projeto de controlador por realimentação de estado para sistemas de segunda ordem com atraso utilizando a abordagem por resposta em frequência, que dispensa a necessidade de aproximações para o atraso, garantindo assim que as soluções encontradas não necessitem de análise à posteriori. Definindo matematicamente o problema de controle como um problema de otimização, é feita uma busca pelos ganhos do controlador com a utilização de um algoritmo genético, tendo como parâmetro de projeto garantir que a curva de Nyquist do sistema permaneça a uma distância suficiente da região de instabilidade. Essa metodologia visa garantir que os ganhos calculados resultem em sistemas robustos para que mesmo sujeitos a alterações de parâmetros, ainda permaneçam estáveis. Os resultados de simulações obtidos ao final do trabalho se mostraram satisfatórios dentro das especificações desejadas.


  • Mostrar Abstract
  • Solving control problems for delayed second order systems is one of the engineering challenges. Phenomena such as mechanical vibrations,  resonance and others can be described mathematically by this type of system. This work has as main objective to propose a solution to a problem of design of a state feedback controller for second order systems with time-delay using frequency response approach. Differently from many approaches available in the literature, ou rapproach does not require either the use of approximations for the delay, or a posteriori analysis of the solution. By mathematically defining the control problem as an optimization problem, a search for controller gains is carried out using a genetic algorithm, with the goal of ensuring that the Nyquist curve of the system remains at a safe distance from the instability region . The computed control gains then result in a robust closed-loop system, in the sense that it remains stable in spite of small changes un the system parameters.
    The simulation results obtained at the end of the work proved satisfactory within the desired specifications.

3
  • ÁLVARO PINTO FERNANDES DE NEGREIROS
  • N-Boat: Projeto e Desenvolvimento de um Veleiro Robótico Autônomo

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • JOAO MORENO VILAS BOAS DE SOUZA SILVA
  • Data: 01/07/2019

  • Mostrar Resumo
  • Propomos o projeto e desenvolvimento do veleiro autônomo N-Boat II, construído pelos laboratórios associados Natalnet (UFRN) e LAICA (IFRN). Introduzimos o projeto eletromecânico, desde a concepção e construção até a fase de controle do mesmo. Seu grande diferencial é hardware distribuído por afinidade ao longo de compartimentos estanques isolados entre si. Com premissa de ser um protótipo passível de replicação e de possuir código aberto, este modelo robótico será utilizado, à princípio, no monitoramento da qualidade da água.  No entanto essa plataforma pode ser utilizada em inúmeras tarefas de diversas naturezas.  Dessa forma, espera-se ao final deste trabalho, disponibilizar à comunidade uma infraestrutura completa, com potencial para ser utilizada de forma cientifica, comercial ou militar, em propostas que necessitem de um veículo robótico de superfície aquática com autonomia suficiente para missões de média e longa duração. 


  • Mostrar Abstract
  • We propose the design and development of an autonomous sailboat, the N-Boat II, which is being built by the associated laboratories Natalnet (UFRN) and LAICA (IFRN). We introduce the electromechanical design, from design and construction to the control phase. Its great differential is distributed hardware by affinity along isolated watertight compartments. With the premise of being a prototype capable of replication and have complete open source, this robotic model will be used, in principle, to monitor water quality. However, this platform can be used in numerous tasks of various natures. Thus, it is expected at the end of this work, provide the community a complete infrastructure, with potential to be used scientifically, commercially or militarily, in proposals that require a robotic water surface vehicle with sufficient autonomy for medium and long missions.

4
  • ALEX CARLOS RODRIGUES ALVES
  • Controle de Bordo para Nanossatélites: Desenvolvimento e Aplicação ao Projeto CONASAT 

  • Orientador : SAMAHERNI MORAIS DIAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FRANCISCO JOSE TARGINO VIDAL
  • JOSÉ MARCELO LIMA DUARTE
  • KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • SAMAHERNI MORAIS DIAS
  • Data: 26/09/2019

  • Mostrar Resumo
  • Desde o lançamento da Sputnik I em 1957, a indústria de satélites experimentou grandes avanços tecnológicos. Inicialmente, os recursos para execução de missões com satélites se concentravam em grandes entidades comerciais e organizações governamentais. Porém, ao oferecer uma solução de baixo custo e com menor tempo de desenvolvimento, o padrão CubeSat permitiu que diversas instituições e organizações fossem capazes de desenvolver missões com nanossatélites. No Brasil, o Centro Regional do Nordeste (CRN) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) tem desenvolvido, em parceria com a Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), o projeto CONASAT com o objetivo de desenvolver uma constelação de nanossatélites para o Sistema Brasileiro de Coleta de Dados Ambientais (SBCDA). Atualmente, tem sido desenvolvido o CubeSat denominado CONASAT-0 (o primeiro da constelação), para o qual faz-se necessária a implementação de um sistema de controle de bordo capaz de satisfazer os requisitos do projeto CONASAT. Diante desse contexto, neste trabalho, é apresentada a primeira versão do sistema de controle de bordo para o CONASAT-0. Além disso, nesta dissertação são apresentados os testes realizados com o sistema desenvolvido e os resultados obtidos. Por fim, são apresentadas proposições para trabalhos futuros.


  • Mostrar Abstract
  • Since the launch of Sputnik I in 1957, the satellite industry has experienced great te- chnological advances. Initially, the resources for satellite missions were concentrated on large commercial entities and government organizations. However, by offering a low-cost solution with a shorter development time, the CubeSat standard allowed several institu- tions and organizations to be able to develop missions with nanosatellites. In Brazil, the Northeast Regional Center (CRN) of the National Institute of Space Research (INPE) has developed, along with the Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN), the CO- NASAT project with the objective of developing a constellation of nanossatellites to the Brazilian Environmental Data Collection System (SBCDA). Currently, it has been deve- loped the CubeSat called CONASAT-0 (first of the constellation), for which is necessary the implementation of an on-board control system capable of meeting requirements of the CONASAT project. In this context, this work presents the first version of the on-board control system for CONASAT-0. Moreover, in this dissertation are presented the tests performed with the developed system and the results obtained. Finally, propositions for future works are presented.

5
  • DANIEL HENRIQUE SILVA FERNANDES
  • Sistema de Visão para Detecção de Planos Aplicado em Órtese Ativa

  • Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADELARDO ADELINO DANTAS DE MEDEIROS
  • AGOSTINHO DE MEDEIROS BRITO JUNIOR
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • RAQUEL ESPERANZA PATIÑO ESCARCINA
  • Data: 27/11/2019

  • Mostrar Resumo
  • Neste trabalho, é proposto a criação de um sistema de visão computacional para uma
    órtese ativa com intuito de garantir mais autonomia nos movimentos para usuários que necessitam
    utilizar esse tipo de tecnologia. Esses equipamentos geralmente não apresentam
    meios para compreender o ambiente de trabalho, o que impossibilita a órtese de se localizar
    no ambiente e prever ações dos seus usuários, por exemplo. Nesse contexto, apresentase
    uma estratégia que, através de uma câmera RGB-D, se obtenha a nuvem de pontos do
    cenário para detectar as regiões planares do ambiente. Partindo do principio que a grande
    maioria dos locais de caminhada são regiões planas, podemos classificar regiões transponíveis
    para a órtese com base no conjunto de pontos que podem ser classificados como o
    piso, por exemplo. Para que seja possível executar a detecção e classificação de planos de
    forma rápida, é necessário que haja uma serie de transformações e filtragens com intuito
    de diminuir a quantidade de dados para processamento. Os experimentos tanto experimentais
    quanto práticos obtiveram valores satisfatórios para identificação desse tipo de
    região com redução considerável do conjunto de pontos trabalhados, mantendo a forma
    do plano próximo ao original.


  • Mostrar Abstract
  • In this work, it is proposed the creation of a computer vision system for an active
    orthosis with the objetive of guaranteeing greater autonomy in its movements. This equipments
    are generally present means of understanding the work environment, which makes
    difficult the Orthosis to organize such environments and predict actions of their users,
    for example. In this context, a strategy is presented which, through an RGB-D camera,
    obtain a point cloud scenery to detect planar regions of the environment. Starting from
    the principle that most walking sites are flat regions, we can classify regions transposable
    to the base with no set of points that can be classified as ground, for example. To verify
    the quantify and refinery are an classification for an update, is necessary that has been
    the testing and filtering with specific date of data to processing. The preliminary results
    were obtained in simulation environments and in real environment, to which the indicators
    were satisfactory with the considerable reduction of the set of points, but keeping the
    shape of the plane close to the original.

2018
Dissertações
1
  • FELIPE DE SOUZA PINHEIRO
  • Reconhecimento de Gestos Manuais em Tempo Real Utilizando Sinais de Eletromiografia de Superfície

  • Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • JOILSON BATISTA DE ALMEIDA REGO
  • ALUISIO IGOR REGO FONTES
  • Data: 31/01/2018

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  • O controle de próteses, órteses e outros mecanismos com base na resposta elétrica da musculatura de alguma região em específico, representa a integração automática entre usuário e aplicação. Nesse trabalho, são apresentados os resultados de três alternativas promissoras para extração se características, assim como suas propostas de implementação, com a intenção de identificar diferentes gestos realizados com a mão direita com base em quatro sinais de eletromiografia de superfície da musculatura do antebraço. Em seguida, será apresentado o resultado da implementação final em hardware utilizando as técnicas com melhor desempenho na etapa anterior.


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  • The control of prostheses, orthoses and other mechanisms based on the electrical response of a specific region's musculature represents the integrations between user and application. This work presents the results of three promising techniques for feature extraction, and its implementation as well, with the intention of identifying different gestures performed by the right hand based on four surface electromyography signals from de forearm's musculature. After that will be presented the results of the final implementation on the hardware using the techniques with the previous best performances.
2
  • JEAN MÁRIO MOREIRA DE LIMA
  • Soft Sensor Aplicado a Plantas de Processamento de Gás Natural

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • LEANDRO LUTTIANE DA SILVA LINHARES
  • Data: 28/05/2018

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  • Em UPGNs (Unidades de Processamento do Gás Natural), um dos produtos de maior rentabilidade é o GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) que é composto majoritariamente por propano (C3) e butano (C4). Além disso, o pentano (C5) e o etano (C2) também podem se fazer presente no GLP como contaminantes. A medição da fração molar dos componentes dos produtos da destilação é feita através de cromatógrafos a gás. Porém a cromatografia é um processo lento, impossibilitando que o monitoramento da qualidade do produto seja feito em tempo real. Neste trabalho, propõe-se um soft sensor, utilizando a redes neurais artificias, com o objetivo de inferir as frações molares de C3, C4, C5 e do C2. Dessa forma, seria possível estimar às frações molares desses componentes do GLP minuto a minuto, de maneira consideravelmente mais rápida que a tradicional, por cromatógrafos. Os resultados obtidos são promissores, mostrando que o sensor virtual pode inferir as frações molares de C3, C4, C5 e C2 e, assim, habilitar melhora no monitoramento da qualidade do GLP e, consequentemente, na lucratividade.


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  • In NGPU (Natural Gas Processing Units), one of the most profitable products is LPG (Liquefied Petroleum Gas) which is composed mostly of propane (C3) and butane (C4). In addition, pentane (C5) and ethane (C2) may also be present in the gas as contaminants. Measurement of the molar fraction of the components of the GLP has been done by gas chromatographs. However, chromatography is a slow process, making it impossible to monitor the quality of the product in real time. In this work, it is proposed a soft sensor, using artificial neural networks, with the objective of inferring the molar fractions of C3, C4, C5 and C2. In this way, it would be possible to estimate the molar fractions of these LPG components once per minute, considerably faster than chromatographers. The results obtained are promising, showing that the virtual sensor can infer the molar fractions of C3, C4, C5 and C2 and thus enable improvement in the monitoring of LPG quality and, consequently, profitability.

3
  • PEDRO ANDRÉ NOGUEIRA SOUZA DE OLIVEIRA VALE
  • Controle de uma coluna debutanizadora utilizando GS-PID 

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ADEMAR GONÇALVES DA COSTA JÚNIOR
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • Data: 09/07/2018

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  • Nos dias atuais, onde existe um aumento contínuo da concorrência, torna-se necessário ter um controle cada vez mais eficiente do processo, para buscar uma melhor qualidade do produto, redução dos custos e uma maior segurança. Na indústria petroquímica não é diferente, e um dos processos mais importantes nessa indústria é a destilação. Para realizar-se a destilação é necessário um conjunto de equipamentos, válvulas, controladores, vasos, colunas de destilação, de forma interligada, de maneira a permitir um controle efetivo da composição do produto (GLP, gasolina etc) com qualidade dentro de uma especificação predeterminada. Este trabalho tem como objetivo melhorar o controle da temperatura e da vazão de refluxo de um processo de destilação. A coluna de destilação simulada no software HYSYS(R) é uma coluna debutanizadora que apresenta não linearidades acentuadas. Assim, foi investigado, testado e comparado o uso de diferentes técnicas de Gain Scheduling em junção com a técnica de anti-Windup Integrator Clamping. Para a sintonia dos controladores foi realizada uma estratégia empírica.


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  • Nowadays, where there is a continuous increase in competition, it is necessary to have an increasingly efficient control of the process, in order to seek a better product quality, lower costs and greater safety. In the petrochemical industry it is no different, and one of the most important processes in this industry is distillation. In order to carry out the distillation, a set of equipment, valves, controllers, vessels, distillation columns, in an interconnected way, is necessary in order to allow a control to obtain the product (LPG, gasoline etc) with quality within a specification. However, even with a high degree of mesh non-linearity, in practice, PID controllers are still used to control these complex plants. In this work the GS-PID method will be used to improve the control of a debranching column in a larger operational region, thus increasing the profitability and safety of the process.
4
  • EDUARDO LACERDA CAMPOS
  • Implementação de um simulador para controle de atitude em nanossatélites

  • Orientador : KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOILSON BATISTA DE ALMEIDA REGO
  • JOSÉ MARCELO LIMA DUARTE
  • KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • SAMAHERNI MORAIS DIAS
  • Data: 13/09/2018

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  • Este trabalho apresenta um simulador de controle de atitude para nanossatélites composto por um sistema de navegação (estimador de atitude) e um controlador Proporcional Derivativo (PD). Os sensores considerados para estimar a atitude foram um magnetômetro e um sensor solar, ambos simulados por meio de um modelo ideal com a adição de um ruído branco. Para representar a cinemática, o nanossatélite foi considerado como um corpo rígido e a representação da sua atitude em quatérnio. No sistema de navegação, o Filtro de Kalman Estendido com restrição de norma demonstrou-se adequado para os sensores embarcados no nanossatélite, permitindo estimar a velocidade angular e o quatérnio. Diferentes testes foram realizados para validar o simulador, o sistema de navegação e o controlador PD. Os resultados demonstram que o conjunto é capaz de estabilizar e corrigir a atitude do nanosatélite, mesmo na presença de diferentes perturbações, grandes ângulos e altas velocidades angulares. Assim, o simulador produzido apresentou resultados adequados, permitindo que seja utilizado nos estudos futuros de nanossatélites.


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  • With advances in nanosatellite research, as an alternative to space exploration, the Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) is interested in using this new nanosatellite technology in its future missions. This makes it necessary to have a platform on which to study nanosatellite behavior in space. In this context, the following thesis implemented a simulator, composed with a navigation system and a proportional and derivative controller (PD). The sensors used to estimate the attitude were composed of a magnetometer and a solar sensor, simulated by using an ideal model with white noise. To represent the kinematics, the quaternion was adopted and the nanosatellite was a rigid body. In the navigation system, the norm-constrained Extended Kalman Filter had shown itself to be adequate to work with the sensors embedded in the nanosatellite. Thus allowing the estimate of the angular velocity and the quaternion that represents the attitude. For the controller, the values estimated by the Filter were directly used as a control signal, which has the advantage of dealing with the nonlinearities. Different tests were performed to assess the simulator and evaluate the stability of the navigation and control system. The results have demonstrated that the set up is able to stabilize and correct the attitude of the nanosatellite, even in the face of different perturbations, large angles and high angular velocities. Hence, the simulator generates adequate results, allowing it to be used in future nanosatellite studies.

5
  • KASSIO JANIELSON DA SILVA EUGENIO
  • Sistema Multissensorial Vestível de Baixo Custo para Captura de Marcha Humana aplicado a Exoesqueleto Ortopédico Ortholeg 2.0

  • Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ARMANDO SANCA SANCA
  • MARCIO VALERIO DE ARAUJO
  • NICHOLAS DE BASTOS MELO
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • SAMAHERNI MORAIS DIAS
  • Data: 17/12/2018

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  • Atualmente, várias pesquisas estão sendo realizadas no que se refere à exoesqueletos ortopédicos para membros inferiores. Contudo, a capacidade desses exoesqueletos realizarem movimentos antropomórficos ainda é um problema que os pesquisadores enfrentam. Entretanto, uma pesquisa recente buscou desenvolver um método estatístico de geração de marcha levando em consideração as características individuais e parâmetros de movimento de cada indivíduo. Por esse motivo, é necessário ter um banco de dados que disponha toda informação necessária, características e parâmetros dos movimentos, para o modelo estatístico, a fim de que os exoesqueletos ortopédicos reproduzam as peculiaridades dos movimentos de cada usuário. Porém, os sistemas de captura de parâmetros cinemáticos baseados em câmeras são demasiadamente custosos, além de exigirem condições ambientais específicas, por exemplo, a luminosidade do local e o posicionamento das câmeras, o que impossibilita, muita vezes, o seu uso. Neste contexto o objetivo deste trabalho é apresentar o desenvolvimento de um sistema multissensorial de baixo custo e vestível que permite medir parâmetros cinemáticos dos movimentos antropomórficos. Para isto, foi utilizado o Filtro de Informação que é uma técnica de estimação para realizar fusões de dados de sensores que permite obter informações mais precisas do sistema. Os parâmetros medidos serão armazenados em um banco de dados para ser usado pelo método estatístico do exoesqueleto ortopédico Ortholeg 2.0. O sistema proposto é composto por quatro sensores do tipo Encoder, cinco sensores de unidades de medidas inerciais e quatro sensores de flexão, permitindo medir os parâmetros cinemáticos dos movimentos antropomórficos.


  • Mostrar Abstract
  • Nowadays, several researches are underway with respect to orthopedic exoskeletons for lower limbs. Nevertheless, the ability of these exoskeletons to carry out anthropomorphic movements is still a problem that researchers confront. However, a recent research developed a statistical method for gait synthesis taking into consideration the individual characteristics and parameters of movement of each individual. Therefore, in order to the orthopedic exoskeletons reproduce the peculiarities of the movements of each user, it is necessary to construct a database that provides all the necessary information, to the statistical model characteristics and parameters of the movements. However, kinematic parameter capture systems are too expensive, and require specific environmental conditions, such as luminosity and precise positioning of the cameras, which often make it difficult to use them. In this context the objective of this work is to present the development of a low cost and wearable multi sensorial system that allows to measure kinematic parameters of the anthropomorphic movements. For this, the Information Filter was used, which is an estimation technique to perform fusion of sensor data that allows to obtain more accurate information of the system. The measured parameters will be stored in a database to be used by the statistical method utilized in Ortholeg 2.0 Orthopedic Exoskeleton. The proposed system composed of four encoder type sensors, five inertial measurement unit sensors and four flex sensors, allowing to measure the kinematic parameters of the anthropomorphic movements.

2017
Dissertações
1
  • RAFAEL CARDOSO PEREIRA
  • Técnica de rastreamento e perseguição de alvo utilizando o algoritmo Haar cascade aplicada a robôs terrestres com restrições de movimento

  • Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • TIAGO PEREIRA DO NASCIMENTO
  • Data: 21/06/2017

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  • A habilidade de seguir ou de se mover acompanhando uma pessoa ou um objeto especificado, capaz de se deslocar, é uma perícia necessária em diversos agentes autônomos para realizar várias tarefas presentes no cotidiano, podendo ser aplicado tanto em tarefas corriqueiras, como em carrinhos de supermercado ou limpeza de ambientes, quanto às tarefas de mais alto risco como em grandes indústrias ou carros autônomos. A ideia apresentada aqui é a de desenvolver um método de rastreamento e perseguição de alvo aplicável à robôs móveis terrestres com rodas que possuem restrições em sua movimentação, que fazem com que técnicas de controle padrão nem sempre possam ser aplicadas. O trabalho desenvolvido aqui também leva em consideração a utilização de uma técnica de detecção de alvo que possa se tornar adaptável a praticamente qualquer tipo de alvo estipulado pelo projetista de acordo com as necessidades de sua aplicação. O desenvolvimento dos métodos propostos foram realizados agregando técnicas de reconhecimento de padrões, utilizados em câmeras RGB comuns, técnicas de estimativa de posição e orientação e algoritmos de controle inteligentes aplicáveis a robôs com restrições de movimentação, que possuem baixo custo computacional.


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  • The ability to follow or move along with a specified person or object, capable of move, is a necessary skill in several autonomous agents to perform various tasks present in everyday life, and can be applied either in everyday tasks, as in supermarket carts or cleaning environments, as well in high-risk tasks such as in large industries or autonomous cars. The idea presented here is to develop a target tracking and following method applicable to mobile wheeled land robots that have restrictions on their movement, which mean that standard control techniques can not always be applied. The work developed here also takes into account the use of a target detection technique that can be adapted to practically any type of target stipulated by the designer according to the needs of its application. The development of the proposed methods was accomplished by adding standard recognition techniques, used in common RGB cameras, position estimation and orientation techniques, and intelligent control algorithms applicable to robots with movement restrictions, which have a low computational cost.

2
  • ELIZABETH VIVIANA CABRERA AVILA
  • Análise de métricas para determinar a similaridade entre  objetos não rígidos restritos em tempo real

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • RAFAEL BESERRA GOMES
  • ROSIERY DA SILVA MAIA
  • Data: 05/07/2017

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  • Dentro da área de Mecatrônica, principalmente em CAD e Visão Robótica, são desenvolvidas uma série de aplicações que necessitam da análise de objetos não rígidos ou deformáveis através de representações computacinais dos mesmos. Propõe-se nesta dissertação de mestrado um enfoque para medir similaridade de objetos deformáveis utilizando a representação através de nuvens de pontos tridimensionais. Basicamente, são consideradas três nuvens de pontos do objeto analisado: uma sem alterações, outra que represente o grau de máxima deformação e uma terceira que descreva a deformação de interesse, no momento de execução de alguma aplicação. Estudamos dois métodos alternativos para medir similaridade baseadas em medidas de distâncias, com as respectivas verificações da precisão e tempos. O primeiro método é baseado no calculo da distância de Mahalanobis e, no segundo, é usada a distância de Hausdorff após uma etapa previa de registro e alinhamento dos dados. Foram realizados experimentos e análises considerando algumas partes do corpo humano, onde se evidencia que a distância de Mahalanobis tem o menor tempo de execução, sendo factível em tempo real. Várias aplicações nas áreas acima mencionadas podem se basear nos resultados obtidos nesta dissertação para determinar os níveis de deformação de objetos deformáveis  restritos.


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  • Within the area of Mechatronics, mainly in CAD and computer vision, many applications are developed that involve the analysis of non-rigid or deformable objects.This master dissertation proposes an approach to measure similarity of deformable objects using as underlying representation clouds of three dimensional points of them. Basically, three point clouds of the analyzed object are considered: one without changes, another representing the degree of maximum deformation and a third  that describes the deformation of interest. Here are presented two alternatives to measure similarity based on Distance measures, with the respective accuracy and time checks. The first method is based on the Mahalanobis distance computation and in the second the Hausdorff distance is used with a previous registration and alignment steps. The experiments are developed considering some parts of the human body, its evidents that the analysis with  Mahalanobis distance has the shortest execution time. Several applications in the areas initially mentioned and in others as Virtual Reality can rely on the results obtained in this proposal to determine the deformation levels of restricted deformable objects.

3
  • LUIS ENRIQUE ORTIZ FERNANDEZ
  • Método Genérico para Estimação e Modelagem do Erro RMS em Dados de Profundidade de Sensores para Visão 3D

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • BRUNO MARQUES FERREIRA DA SILVA
  • ANDERSON ABNER DE SANTANA SOUZA
  • Data: 05/07/2017

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  • Em visão artificial, usam-se vários dispositivos como o MS Kinect v1/v2, as câmeras estéreo PG Bumblebee XB3 e a Stereolabs ZED, entre outros. Como todos são dispositivos que estimam dados de profundidade, eles podem ter erros. Neste trabalho, apresenta-se o projeto e implementação de um método genérico para a estimação do erro RMS em dados de profundidade fornecidos por qualquer dispositivo capaz de gerar dados do tipo RGB-D, isto é, uma imagem e o mapa de profundidade, ao mesmo tempo. Para verificação do método se construiu um sistema embarcado baseado na placa NVIDIA Jetson TK1 e três sensores, as duas versões do MS Kinect e a câmera estéreo ZED. No momento da coleta de dados,  foram estabelecidos os modelos matemáticos do erro RMS para cada dispositivo e, ao final, foi feita uma análise da exatidão de cada um. O método proposto é a base para outros trabalhos futuros, como p. ex. conseguir uma reconstrução 3D usando a mistura de dados de profundidade capturados por vários sensores 3D, com o menor erro RMS possível. Alem disso,  a informação de erro obtida através do método possa ser usada em qualquer aplicação para obter resultados mais exatos.


  • Mostrar Abstract
  • Several devices are used in artificial vision, like MS Kinect v1/v2, the stereo cameras PG Bumblebee XB3 and Stereolabs ZED, among others. Since they are all devices that estimate depth data, they may have errors. In this work, we present the design and implementation of a generic method for estimating RMS error in depth data provided by any device capable of generating data of type RGB-D, that is, an image and the depth map, to the same time. To verify the method, an embedded system was built based on the NVIDIA Jetson TK1 and three sensors, the two versions of the MS Kinect and the ZED stereo camera. At the moment of data collection, the mathematical models of the RMS error were established for each device and, at the end, an analysis was made of the accuracy of each one. It is intended that the proposed method be the basis for other future works, such as p. ex. achieve a 3D reconstruction using the mix of depth data captured by various 3D sensors, with the lowest possible RMS error. In addition, it is sought that the error information obtained through the method can be used in any application to obtain more accurate results.

4
  • ALCEMY GABRIEL VITOR SEVERINO
  • Meta-heurísticas aplicada a identificação de sistemas

  • Orientador : FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FABIO MENEGHETTI UGULINO DE ARAUJO
  • ADELARDO ADELINO DANTAS DE MEDEIROS
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • LEANDRO LUTTIANE DA SILVA LINHARES
  • TAKASHI YONEYAMA
  • Data: 08/12/2017

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  • A identificação de sistemas tem como objetivo determinar modelos matemáticos capazes de descrever as características dinâmicas de sistemas a partir de observações. Geralmente, o processo de identificação é dividido nas seguintes etapas: i) coleta de dados experimentais, ii) determinação da estrutura do modelo, iii) estimação de parâmetros e iv) validação do modelo. Neste trabalho investiga-se o problema da determinação de estruturas. A partir de técnicas de otimização conhecidas como meta-heurísticas foi desenvolvido um algoritmo para determinação da estrutura de modelos NARX polinomiais. Diferentes dos métodos tradicionais as meta-heurísticas utilizam um conjunto de possíveis soluções e estratégias, geralmente, baseadas na natureza para encontrar a solução do caso aplicado. Dentre as técnicas estudadas estão o algoritmo genético, a otimização por enxame de partículas e o algoritmo do morcego. A metodologia proposta foi aplicada na identificação de três exemplos experimentais: um aquecedor elétrico, um conversor buck e uma válvula pneumática. Os resultados demonstram que meta-heurísticas podem ser aplicadas no problema da seleção de estruturas em modelos NARX polinomiais.


  • Mostrar Abstract
  • The systems identification have the goal to determine mathematical models to describe the dynamic characteristics of systems from observations. The identification process is generally divided into the following steps: i) experimental data collection, ii) determination of model structure, iii) parameter estimation and iv) model validation. In this work, the problem of the determination of structures is investigated. An algorithm was developed to determine the structure of polynomial NARX models from the optimization techniques known as meta-heuristics. Unlike traditional methods, metaheuristics use a set of possible solutions and strategies, usually based on nature, to find the solution of the case applied. Among the techniques studied are the genetic algorithm, the particle swarm optimization, and the bat algorithm. The methodology proposed in this work was applied to identify three experimental examples: an electric heater, a buck converter and a pneumatic valve. The results demonstrate that metaheuristics can be applied to the problem of the selection of polynomial NARX model structures.

5
  • FRANKELENE PINHEIRO DE SOUZA
  • Identificação de Faltas de Alta Impedância por Análise de Características Cicloestacionárias

  • Orientador : LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • FLAVIO BEZERRA COSTA
  • FELIPE VIGOLVINO LOPES
  • GEORGE ROSSANY SOARES DE LIRA
  • Data: 20/12/2017

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  • Os sistemas de proteção convencionais baseados em sobrecorrente, de um modo geral, não se sensibilizam com a ocorrência de faltas de alta impedância, pois essas apresentam baixa amplitude. Esse tipo de distúrbio causa prejuízos às concessionárias, como também, pode causar danos a vida de pessoas e/ou animais. Diante disso, distintos métodos para a identificação das faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia elétrica vêm sendo propostos. A principal dificuldade encontrada por esses métodos é devido a interferência do ruído no sinal, assim como o baixo nível de sobrecorrente de falta. Diante da busca por um método seguro, eficiente e confiável para identificar as faltas de alta impedância, e que não apresente os inconvenientes encontrado nos métodos proposto na literatura, propõe-se um método inovador que minimiza a interferência do ruído no sinal, e utiliza características estatísticas presentes nos sinais com falta de alta impedância para os identificar, e assim os diferenciar de outros fenômenos presentes nos sistemas elétricos. Especificamente, o método usa análise de processos cicloestacionários para extrai informações de autocorrelação cíclica das amostras dos sinais de interesse, pelo cálculo da função densidade espectral cíclica. A partir dessas informações, pode-se obter descritores que permitem classificar em uma etapa posterior as faltas de alta impedância. Resultados preliminares indicam que o método é robusto a ruídos e eficiente em termos de taxa de classificação correta dos eventos de falta de alta impedância. 


  • Mostrar Abstract
  • Conventional overcurrent protection systems are often not sensitized to the occurrence of high impedance faults, because they have a low amplitude. This type of disturbance causes damages to the concessionaires, as well as can cause damages to the lives of people and/ or animals. Therefore, different identification methods of high impedance faults in electric power distribution systems have been proposed. The main difficulty found by these methods is due to noise interference on the signal, as well as the low fault overcurrent level. Therefore the search for efficient and reliable method to identify high impedance faults, which does not present the drawbacks found in the methods proposed in the literature, an innovative method is proposed that minimizes the noise interference on the signal, and uses characteristics Statistics present on the signals with lack of high impedance to identify them, and thus to differentiate them from other phenomena present in the electrical systems. Specifically, the method uses analysis of cyclostationary processes to extract cyclic autocorrelation information from the samples of the signals of interest by calculating the cyclic spectral density function. From this information, we can obtain descriptors that allow to classify at a later stage the faults of high impedance. Preliminary results indicate that the method is robust to noise and efficient in terms of correct classification rate of high impedance events. 

2016
Dissertações
1
  • PHILIPPE EDUARDO DE MEDEIROS
  • Controle ativo de vibração em estruturas inteligentes utilizando um controlador por modos deslizantes com compensação difusa

  • Orientador : WALLACE MOREIRA BESSA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • MARCELO AMORIM SAVI
  • SAMAHERNI MORAIS DIAS
  • WALLACE MOREIRA BESSA
  • Data: 01/03/2016

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  • Estruturas e sistemas inteligentes tem como principal característica a capacidade de emular o comportamento de organismos vivos, os quais possuem comportamento autorregulado. Deste modo, devido a presença de um mecanismo de estímulo-resposta, este tipo de estrutura possui propriedades adaptativas. O termo estrutura inteligente vem sendo usado para identificar sistemas estruturais capazes de modificar sua geometria e/ou propriedades físicas no intuito de executar determinada tarefa. Neste trabalho, um controlador por modos deslizantes com compensação difusa é empregado para o controle ativo de vibrações em uma treliça de Von Mises feita de liga com memória de forma. Este sistema possui uma dinâmica bastante rica e complexa, podendo apresentar comportamento caótico mesmo quando submetido a carregamentos de frequências moderadas. Simulações numéricas são apresentadas para comprovar a eficácia da estratégia utilizada.


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  • Estruturas e sistemas inteligentes tem como principal característica a capacidade de emular o comportamento de organismos vivos, os quais possuem comportamento autorregulado. Deste modo, devido a presença de um mecanismo de estímulo-resposta, este tipo de estrutura possui propriedades adaptativas. O termo estrutura inteligente vem sendo usado para identificar sistemas estruturais capazes de modificar sua geometria e/ou propriedades físicas no intuito de executar determinada tarefa. Neste trabalho, um controlador por modos deslizantes com compensação difusa é empregado para o controle ativo de vibrações em uma treliça de Von Mises feita de liga com memória de forma. Este sistema possui uma dinâmica bastante rica e complexa, podendo apresentar comportamento caótico mesmo quando submetido a carregamentos de frequências moderadas. Simulações numéricas são apresentadas para comprovar a eficácia da estratégia utilizada.

2
  • TALES VINÍCIUS RODRIGUES DE OLIVEIRA CÂMARA
  • Aplicação da Função Densidade Espectral de Correntropia Cíclica em uma Arquitetura de Sensoriamento Espectral

  • Orientador : ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • ADRIAO DUARTE DORIA NETO
  • LUIZ FELIPE DE QUEIROZ SILVEIRA
  • ALUISIO IGOR REGO FONTES
  • Data: 25/04/2016

  • Mostrar Resumo
  • Técnicas de Classificação Automática de Modulação (AMC) têm sido utilizadas por sistemas modernos de comunicação para otimizar o uso do espectro e com isso aumen- tar as taxas de transmissão de dados. No processo de AMC, várias arquiteturas podem ser utilizadas para retirar informação e avaliar características do sinal modulado em um canal. Uma grande parte dessas arquiteturas são construídas utilizando como base a ci- cloestacionariedade. A análise cicloestacionária é realizada por meio das ferramentas: Função de Autocorrelação Cíclica (CAF) e Função Densidade Espectral Cíclica (SCD). Esta ultima particularmente, é utilizada para observar as características cicloestacionárias de diferentes sinais, as quais são chamadas de assinaturas. Embora tenha várias aplica- ções bem sucedidas no âmbito de AMC, a cicloestacionariedade possui restrições pois a CAF e SCD são limitadas à análise estatística de segunda ordem, devido ao uso da correlação com cerne de sua expressão. Com o objetivo de generalizar a avaliação da cicloestacionariedade sobre infinitos momentos estatísticos de um sinal, surgem Função de Autocorrentropia Cíclica (CCAF) e a Função Densidade Espectral de Correntropia Cíclica (CCSD). Tais funções são fundamentadas no cálculo da correntropia. Neste tra- balho a CCSD será investigada quanto capacidade de gerar assinaturas para diferentes modulações e seu potencial de uso em AMC será avaliado. 


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  • Técnicas de Classificação Automática de Modulação (AMC) têm sido utilizadas por sistemas modernos de comunicação para otimizar o uso do espectro e com isso aumen- tar as taxas de transmissão de dados. No processo de AMC, várias arquiteturas podem ser utilizadas para retirar informação e avaliar características do sinal modulado em um canal. Uma grande parte dessas arquiteturas são construídas utilizando como base a ci- cloestacionariedade. A análise cicloestacionária é realizada por meio das ferramentas: Função de Autocorrelação Cíclica (CAF) e Função Densidade Espectral Cíclica (SCD). Esta ultima particularmente, é utilizada para observar as características cicloestacionárias de diferentes sinais, as quais são chamadas de assinaturas. Embora tenha várias aplica- ções bem sucedidas no âmbito de AMC, a cicloestacionariedade possui restrições pois a CAF e SCD são limitadas à análise estatística de segunda ordem, devido ao uso da correlação com cerne de sua expressão. Com o objetivo de generalizar a avaliação da cicloestacionariedade sobre infinitos momentos estatísticos de um sinal, surgem Função de Autocorrentropia Cíclica (CCAF) e a Função Densidade Espectral de Correntropia Cíclica (CCSD). Tais funções são fundamentadas no cálculo da correntropia. Neste tra- balho a CCSD será investigada quanto capacidade de gerar assinaturas para diferentes modulações e seu potencial de uso em AMC será avaliado. 

3
  • JOÃO GUTEMBERG BARBOSA DE FARIAS FILHO
  • Controle Preditivo com Compensação de Não-Linearidades para o Controle de um Quadricóptero

  • Orientador : CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • KURIOS IURI PINHEIRO DE MELO QUEIROZ
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • WALLACE MOREIRA BESSA
  • ANDRE GUSTAVO SCOLARI CONCEICAO
  • Data: 30/09/2016

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  • O trabalho trata da aplicação do Controle Preditivo com o proposto Método da Compensação de Não-Linearidades para o controle de um quadricóptero. Esse método consiste de utilizar o modelo não-linear do sistema para prever e inserir não-linearidades na formulação do controle preditivo por meio de uma estrutura afim. Dentro do contexto de controle de um quadricóptero, o controlador proposto é comparado, através de simulações numéricas, com o controlador preditivo linear tradicional. Posteriormente, experimentos são feitos com um quadcóptero real montado em uma bancada de testes. Como resultado o uso do método proposto trouxe um ganho de desempenho considerável quando o estado do sistema se distanciou do ponto de operação em que foi linearizado.


  • Mostrar Abstract
  • This study analises the application of Model Predictive Control (MPC) with the proposed Nonlinear Compensation Method in order to control a quadcopter. This method is based on the use of the system nonlinear model to predict and insert nonlinearities in the predictive control formulation by means of an affine structure. With respect to the control of a quadcopter, the proposed controller is compared, using numerical simulations, to the traditional linear predictive controller. After that, experiments were made with a real quadcopter mounted in a test bench. As a result, the use of the proposed method brought a considerable perfomance improvement when the system state were farther apart from the operation point in which it was linearized.


4
  • GEORGE OLIVEIRA DE ARAUJO AZEVEDO
  • Controle de sistemas eletro-hidráulicos via linearização por realimentação com compensação inteligente de incertezas.

  • Orientador : WALLACE MOREIRA BESSA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALESSANDRO ROSA LOPES ZACHI
  • CARLOS EDUARDO TRABUCO DOREA
  • MARCIO VALERIO DE ARAUJO
  • WALLACE MOREIRA BESSA
  • Data: 25/11/2016

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  • Com o surgimento de técnicas de controle que utilizam estratégias não lineares combinadas com algoritmos da inteligência artificial, tem sido possível em diversas área da engenharia o controle eficaz de sistemas não lineares, mesmo na presença de elevado grau de incertezas. A lógica difusa (fuzzy) se destaca dentre as técnicas de inteligência artificial tanto pela facilidade de sua implementação quanto pela semelhança entre o seu processo de inferência e o raciocínio humano. Outra vantagem reside no fato da lógica difusa não necessitar de conhecimento prévio do modelo do sistema, quando aplicada ao controle de sistemas dinâmicos. No que tange às estratégias de controle não linear, a principal limitação da técnica de linearização por realimentação, por exemplo, está na necessidade do conhecimento do modelo do sistema. Os sistemas eletro-hidráulicos, por sua vez, possuem modelo não linear de difícil controle pelas técnicas tradicionais e são utilizados em diversas áreas da engenharia, como por exemplo nos setores industrial e aeroespacial. Desta forma, mostra-se extremamente importante que seu controle seja realizado de maneira eficiente, tanto por questões de economia quanto de segurança. Partindo das dificuldades apresentadas ao tentar controlar esse tipo de sistema, são apresentadas propostas de utilização da técnica de controle de linearização por realimentação em conjunto com a lógica difusa para compensar a não linearidade de zona morta e demais incertezas inerentes a este tipo de sistema. Para avaliar o desempenho das estratégias de controle propostas são realizadas simulações numéricas utilizando um modelo não linear simplificado desse sistema e também são desenvolvidos testes experimentais em um atuador eletro-hidráulico de bancada.


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  • Com o surgimento de técnicas de controle que utilizam estratégias não lineares combinadas com algoritmos da inteligência artificial, tem sido possível em diversas área da engenharia o controle eficaz de sistemas não lineares, mesmo na presença de elevado grau de incertezas. A lógica difusa (fuzzy) se destaca dentre as técnicas de inteligência artificial tanto pela facilidade de sua implementação quanto pela semelhança entre o seu processo de inferência e o raciocínio humano. Outra vantagem reside no fato da lógica difusa não necessitar de conhecimento prévio do modelo do sistema, quando aplicada ao controle de sistemas dinâmicos. No que tange às estratégias de controle não linear, a principal limitação da técnica de linearização por realimentação, por exemplo, está na necessidade do conhecimento do modelo do sistema. Os sistemas eletro-hidráulicos, por sua vez, possuem modelo não linear de difícil controle pelas técnicas tradicionais e são utilizados em diversas áreas da engenharia, como por exemplo nos setores industrial e aeroespacial. Desta forma, mostra-se extremamente importante que seu controle seja realizado de maneira eficiente, tanto por questões de economia quanto de segurança. Partindo das dificuldades apresentadas ao tentar controlar esse tipo de sistema, são apresentadas propostas de utilização da técnica de controle de linearização por realimentação em conjunto com a lógica difusa para compensar a não linearidade de zona morta e demais incertezas inerentes a este tipo de sistema. Para avaliar o desempenho das estratégias de controle propostas são realizadas simulações numéricas utilizando um modelo não linear simplificado desse sistema e também são desenvolvidos testes experimentais em um atuador eletro-hidráulico de bancada.

5
  • YURI SARMENTO SILVEIRA
  • Um Novo Método de Planejamento de Caminho para Robôs Baseado em Espuma Probabilística
  • Orientador : PABLO JAVIER ALSINA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • ADELARDO ADELINO DANTAS DE MEDEIROS
  • ALLAN DE MEDEIROS MARTINS
  • EDUARDO OLIVEIRA FREIRE
  • Data: 16/12/2016

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  • O processo de planejamento de caminho é um problema bastante estudado na
    robótica. A capacidade de analisar o ambiente e definir a sequência de
    ações que levam um robô de uma localização inicial até uma localização
    final desejada, sem colidir com os obstáculos presentes no ambiente, é uma
    habilidade fundamental requerida para a criação de sistemas robóticos
    autônomos que possam executar diversas funções.
    Nesta dissertação, apresenta-se um estudo sucinto do estado da arte na
    área de planejamento de caminhos para sistemas robóticos autônomos, de
    forma a contextualizar o tema abordado neste trabalho. Cada método de
    planejamento possui sua própria estratégia de exploração do ambiente e
    planejamento do caminho. Nesta dissertação é proposto um novo método de
    planejamento de caminho para robôs.
    No método proposto, o espaço livre do ambiente é coberto de forma
    aproximada por um conjunto denominado Espuma Aleatória, a qual é composta
    por subconjuntos convexos superpostos denominados Bolhas. A partir da
    localização inicial, novas bolhas são criadas aleatoriamente na superfície
    da espuma, que se propaga pelo espaço livre, com comportamento semelhante
    à propagação de frentes de onda, gerando uma árvore de busca, até atingir
    a localização final. Desta forma, é possível encontrar uma sequência de
    bolhas concatenadas, denominada Rosário, que conecta a localização final à
    inicial. Um caminho válido pode ser facilmente obtido dentro do espaço de
    manobra definido pelo rosário.
    O processo de busca no método proposto é determinado por apenas dois
    parâmetros. Critérios para a sua sintonia são estudados e apresentados
    neste trabalho.
    De forma a validar o método proposto, o seu desempenho foi avaliado
    através de simulações computacionais para diferentes estudos de caso.

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  • Path planning is a well studied problem in robotics. The capability of analyzing the environment and defining a sequence of actions that lead a robot from an initial location to a final desired location, without colliding with obstacles, is an fundamental ability when creating autonomous robotic systems that can run various functions.  

    In order to contextualize the theme addressed in this work, a succinct study of the state-of-the-art on path planning for autonomous robotic systems is presented.

    Each planning method has its own strategy to explore the ambient and plan the path. In this dissertation, a new robot path planning method is proposed. In the proposed method, the ambient free space is partially covered by a set called Probabilistic Foam, composed of the union of overlapping convex subsets called Bubbles.

    Starting from the initial robot localization, new bubbles are randomly created on the surface of the foam, that propagates through the free space, with a behavior similar to a wave front propagation, generating a search tree that grows until reaching the desired final robot localization. In this way, it is possible to find a sequence of concatenated bubbles, called Rosary, connecting the desired final localization to the initial localization of the robot. A valid path contained in the maneuvering space defined by the rosary can be easily found.

    In the proposed method, the search process is guided by only two parameters. Tuning criteria for these parameters are studied and presented in this work.

    In order to validate the proposed path planning method, its performance was evaluated through computer simulations of different case studies.

2015
Dissertações
1
  • ANDOUGLAS GONÇALVES DA SILVA JÚNIOR
  • Sistema Mecatrônico de Tempo Real para Monitoramento da Qualidade da Água Embarcado em Veleiro Robótico Autônomo

  • Orientador : LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOAO MORENO VILAS BOAS DE SOUZA SILVA
  • LUIZ MARCOS GARCIA GONCALVES
  • PABLO JAVIER ALSINA
  • RAFAEL VIDAL AROCA
  • Data: 08/10/2015

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  • Propomos um sistema mecatrônico completo para monitoramento da qualidade da água em rios, lagoas (e represas) e no mar, capaz de realizar a coleta, processamento e apresentação dos dados na web, em tempo real, com o intuito de facilitar a sua análise, de forma rápida e precisa pelas comunidades interessadas. A título de aplicação, o sistema está sendo embarcado em um veleiro robótico autônomo, que será a plataforma responsável por coletar os dados em vários pontos pré-definidos em um sistema de planejamento de navegação. Este projeto une as vantagens da autonomia de um veleiro robótico com a necessidade de monitoramento rápido e preciso da qualidade da água. Introduzimos a arquitetura de hardware e software de um sistema de monitoramento genérico que dá suporte a diferente aplicações, focando sua utilização em um veleiro robótico autônomo não tripulado, facilitando o desenvolvimento de pesquisas nessa área. 


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  • Propomos um sistema mecatrônico completo para monitoramento da qualidade da água em rios, lagoas (e represas) e no mar, capaz de realizar a coleta, processamento e apresentação dos dados na web, em tempo real, com o intuito de facilitar a sua análise, de forma rápida e precisa pelas comunidades interessadas. A título de aplicação, o sistema está sendo embarcado em um veleiro robótico autônomo, que será a plataforma responsável por coletar os dados em vários pontos pré-definidos em um sistema de planejamento de navegação. Este projeto une as vantagens da autonomia de um veleiro robótico com a necessidade de monitoramento rápido e preciso da qualidade da água. Introduzimos a arquitetura de hardware e software de um sistema de monitoramento genérico que dá suporte a diferente aplicações, focando sua utilização em um veleiro robótico autônomo não tripulado, facilitando o desenvolvimento de pesquisas nessa área. 

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