Dissertações/Teses

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2025
Dissertações
1
  • WILLIAM CHAVES LIMA
  • COMPARTILHAMENTO DE POTÊNCIA EM MICRORREDES SEM COMUNICAÇÃO: NOVAS PERSPECTIVAS TEÓRICAS E METODOLOGIAS BASEADAS NA PERTURBAÇÃO DE PARÂMETROS.

  • Orientador : GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOÃO AMÉRICO VILELA JÚNIOR
  • GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • RAFAEL CAVALCANTI NETO
  • Data: 19/02/2025
    Ata de defesa assinada:

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  • Embora já existam diversas abordagens para resolução do problema de compartilhamento de potência reativa em microrredes sem comunicação, essa ainda é uma temática em aberto, principalmente devido à ausência de uma metodologia que seja genericamente aplicável a uma microrrede qualquer e, ao mesmo tempo, que tenha uma implementação simples e livre de desvantagens significativas. Visando contribuir com essa discussão, este trabalho propõe três novas metodologias de correção de compartilhamento de potência baseadas na perturbação de parâmetros da microrrede, as quais foram desenvolvidas a partir de uma proposta já existente. Essa metodologia, tal como enunciada originalmente, carece de críticas, reformulações e extensões, também realizadas neste trabalho, com base no arcabouço teórico desenvolvido. Este último engloba também uma revisão do problema de compartilhamento de potência, reabordando alguns de seus conceitos e realizando observações inéditas, dentre elas, a da não obrigatoriedade da escolha proporcional dos coeficientes n no droop Q − V, ideia que poderá trazer novas perspectivas para o problema em questão. Além das proposições teóricas, este trabalho apresenta investigações em simulação sobre o comportamento das metodologias estudadas, identificando e sanando situações potencialmente problemáticas, como a mudança de carga durante o processo de correção. Essas investigações, juntamente com a realização de simulações Hardware-In-The-Loop considerando uma microrrede de topologia genérica, atestam o bom desempenho das metodologias propostas, oferecendo bons indícios de que são alternativas relevantes para a solução do problema de compartilhamento de potência reativa.


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  • Although there are already many approaches for the solution of the reactive power sharing problem on microgrids without communication, this is still an open issue, especially due to the absence of a methodology which is generically applicable to any microgrid and, at the same time, that has an implementation both simple and free of significant disadvantages. Aiming to contribute to this discussion, this work proposes three new power sharing methodologies based on parameter perturbation, which were developed based on an already existing one. This methodology, as originally stated, lacks some criticism, reformulations and extensions, which are also presented on this work, alongside a comprehensive theoretical foundation. The latter also enconpasses a review of the power sharing problem, revising some of its concepts and doing some unprecedent observations, among which the one about the non-requirement of proportional choice for the n coefficients of the Q − V droop, an idea that can bring new perspectives to this field of study. In addition to the theoretical propositions, this work investigates the performance of the studied methodologies by means of simulations, identifying and solving potentially problematic situations, as when a load change occurs during the power correction process. These investigations, alongside the execution of Hardware-In-The-Loop simulations considering a microgrid of generical topology, confirm that the proposed methodologies perform well, offering good evidence that they are a relevant alternative for the solution of the reactive power sharing problem.

2
  • PAULO RICARDO MONETA NUNES
  • PROPOSTA DE DISPOSITIVO DE COMUNICAÇÃO INDUSTRIAL COMPATÍVEL COM A NORMA IEC 61850.

     

  • Orientador : LEONARDO RODRIGUES LIMONGI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • HERBERT ALBERICO DE SA LEITAO
  • LEONARDO RODRIGUES LIMONGI
  • MARCIO EVARISTO DA CRUZ BRITO
  • Data: 27/02/2025
    Ata de defesa assinada:

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  • Neste trabalho, são apresentadas diversas integrações de uma biblioteca de software da norma IEC 61850 em computadores Raspberry Pi e microcontroladores ESP32, configurando esses dispositivos como dispositivos eletrônicos inteligentes (IEDs) da norma. Essa configuração permite a comunicação padronizada e uma semântica bem definida entre esses dispositivos, resultando em maior interoperabilidade, fator cada vez mais importante em um ambiente industrial com diversos equipamentos e protocolos de comunicação proprietários. Os dispositivos foram utilizados em uma planta industrial e em ambientes correlatos para verificar as vantagens e desvantagens de seu uso como substitutos de dispositivos mais tradicionais, como CLPs. Também foi testada a integração dessa norma com a IEC 61499, cuja combinação pode garantir não apenas a padronização da comunicação em rede, mas também do modo de programação dos dispositivos. Verificou-se o funcionamento adequado de todos os conjuntos criados, ainda que algumas melhorias sejam necessárias.


  • Mostrar Abstract
  • This work presents various integrations of an IEC 61850 software library into Raspberry Pi computers and ESP32 microcontrollers, configuring these devices as intelligent electronic devices (IEDs) compliant with the standard. This configuration enables standardized communication and a well-defined semantics among these devices, resulting in greater interoperability—an increasingly important factor in industrial environments with diverse equipment and proprietary communication protocols. The devices were used in an industrial plant and related environments to examine the advantages and disadvantages of their use as substitutes for more traditional devices, such as PLCs. The integration of this standard with IEC 61499 was also tested, a combination that can ensure not only standardized network communication but also standardization of how devices are programmed. The proper functioning of all created setups was verified, although some improvements are still necessary.

     

3
  • GUSTAVO AZEVEDO TEIXEIRA
  • CONTROLE REPETITIVO ADAPTATIVO EM ESTRUTURA APLICADO EM CONVERSOR ESTÁTICO CONECTADO À REDE ELÉTRICA.

  • Orientador : RAFAEL CAVALCANTI NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALESSANDRO LUIZ BATSCHAUER
  • GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • RAFAEL CAVALCANTI NETO
  • Data: 11/03/2025

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  • Devido à forte adoção de fontes de energia renováveis e ao crescente uso de cargas não lineares conectadas à rede elétrica, há um aumento na contaminação harmônica e na potência reativa demandada da rede, o que pode levar a uma série de problemas tanto para os consumidores quanto para as redes de distribuição. Diversas normas relacionadas à qualidade de energia restringem os impactos sobre a rede elétrica, sendo uma das soluções amplamente difundidas na literatura o uso de filtros ativos de potência (FAPs). Esses dispositivos são capazes de compensar, dependendo da estratégia de controle empregada, distúrbios de tensão na carga e/ou de correntes demandadas da rede elétrica. Nesse contexto, o presente trabalho propões um controlador repetitivo (RC) adaptativo em estrutura, o qual é baseado na célula primitiva repetitiva (PRC) complexa de ordem genérica (nk + m RC). O controlador proposto utiliza um algoritmo para a detecção das componentes harmônicas do sinal de referência, empregando uma única transformada de Fourier discreta (DFT) para calcular as componentes harmônicas de sequência positiva e negativa a serem compensadas. Adicionalmente, um algoritmo é proposto para calcular a distorção harmônica total vetorial (VTHD) em tempo de execução. Com base nesses dois algoritmos, os parâmetros do controlador RC (n, m e Krc) são sintonizados autonomamente, ainda que haja mudança na carga e nos distúrbios da tensão da rede. A solução proposta é validada para o controle das correntes de saída de um FAP trifásico em paralelo, utilizado para atenuar a contaminação harmônica gerada por uma carga (retificador trifásico a diodos) para três diferentes cenários de tensão da rede: tensões equilibradas, afundamento monofásico e elevação monofásica. Por fim, é realizada uma comparação entre o controlador proposto e outros três controladores, consolidados na literatura, a partir da qual observa-se que o controlador proposto apresenta desempenho satisfatório e boa adaptabilidade em diferentes cenários.


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  • Due to the strong adoption of renewable energy sources and the increasing use of nonlinear loads connected to the power grid, there is a rise in harmonic contamination and reactive power demand from the grid, which can lead to various issues for both consumers and distribution networks. Several power quality standards impose restrictions on the impact on the electrical grid, and one widely recognized solution in the literature is the use of active power filters (APFs). These devices can compensate for voltage disturbances at the load and/or current distortions drawn from the grid, depending on the control strategy employed. In this context, the present work proposes an adaptive repetitive controller (RC) in structure, based on the complex primitive repetitive cell (PRC) of generic order (nk + m RC). The proposed controller utilizes an algorithm for detecting the harmonic components of the reference signal, employing a single discrete Fourier transform (DFT) to compute the positive and negative sequence harmonic components to be compensated. Additionally, an algorithm is proposed to compute the vector total harmonic distortion (VTHD) in real-time. Based on these two algorithms, the RC controller parameters (n, m, and Krc) are autonomously tuned, even in the presence of load variations and grid voltage disturbances. The proposed solution is validated for the control of the output currents of a three-phase shunt APF used to mitigate harmonic contamination generated by a nonlinear load (three-phase diode rectifier) under three different grid voltage conditions: balanced voltages, single-phase voltage sag, and single-phase voltage swell. Finally, a comparison is performed between the proposed controller and three other controllers well-established in the literature, demonstrating that the proposed controller exhibits satisfactory performance and good adaptability across different scenarios.

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  • GABRIEL BENTO RODRIGUES SILVA
  • DESENVOLVIMENTO DE UMA PLATAFORMA PARA VALIDACAO DE CONTROLE DE CONVERSORES EM MICRORREDES USANDO HARDWARE-IN-THE-LOOP (HIL).

  • Orientador : GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • MÁRCIO RODRIGO SANTOS DE CARVALHO
  • Data: 30/06/2025

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  • Diante das diversas técnicas de controle existentes para conversores de microrredes, há a possibilidade da abordagem desses sistemas com a utilização de simulação em tempo real, realizada por um simulador em tempo real (STR). O processo de junção de controladores reais com STR’s é chamado de Controller Hardware-in-the-loop (C-HIL), cuja é uma técnica eficiente no teste de controladores, considerando a possibilidade de simulação destes sob diferentes metodologias e cenários. Desta forma, este trabalho propõe o desenvolvimento de uma plataforma que permita o teste de controladores usando a técnica HIL, onde se utiliza controladores reais em conjunto com uma microrrede emulada por um STR. Com isso, são vistos aspectos básicos de processamento do STR, assim como sua arquitetura física. Além disso, abordam-se dispositivos de interface, os quais são placas projetadas que obedecem aos protocolos de conectividade do STR e dos controladores, e fazem a conexão dos mesmos. São vistos os detalhes da construção da plataforma, mostrando os tipos de conversores que podem ser usados nela, assim como algumas técnicas possíveis de controle de microrredes que podem vir a ser testadas. São mostrados também guias que auxiliam o uso da plataforma. Por fim, é mostrado um exemplo teste da utilização da plataforma, sendo testados os desempenhos de controladores em uma microrrede compartilhando potência com o controle por inclinação (droop control) e operando no modo autônomo. Os resultados com o desempenho dos controladores são obtidos.


  • Mostrar Abstract
  • In front of the variety of control techniques for microgrid converters, there is the possibility of approaching these systems using real time simulation, which is performed by a real time simulator (RTS). The process of to join real controllers with RTS is called Controller Hardware-in-the-loop (C-HIL), which is an efficient technique in testing controllers, considering the possibility of simulating them under different scenarios and methodologies. In that way, this work proposes the development of a testbed platform that allows the testing controllers using HIL technique, where it’s used real controllers together a microgrid emulated by a RTS. With that, the basics aspects of STR processing are seen, as well as its physical architecture. Furthermore, interface devices are approached, which they are designed boards that reply the connectivity protocols of the RTS and controllers, and connect them. The details of testbed platform construction are seen, showing the different types of converters that could be used in it, as well as some possible controls microgrid techniques that could be tested. Also, guides that helps the testbed platform use are shown. At the end, a test example of the testbed platform utilization is shown, where the performance of controllers in a microgrid sharing power with droop control and operating at autonomous mode is tested. The results with the controller’s performance are obtained.

Teses
1
  • SERGIO AMARAL DA SILVA
  • ESTRATÉGIAS PARA ALOCAÇÃO DE RECURSOS EM REDES ÓPTICAS ELÁSTICAS CONSIDERANDO AS PENALIDADES DA CAMADA FÍSICA.

  • Orientador : CARMELO JOSÉ ALBANEZ BASTOS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARMELO JOSÉ ALBANEZ BASTOS FILHO
  • DANIEL AUGUSTO RIBEIRO CHAVES
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • KARCIUS DAY ROSARIO ASSIS
  • RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • Data: 25/02/2025
    Ata de defesa assinada:

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  • As Redes Ópticas Elásticas (EONs – Elastic Optical Networks) são cruciais para atender à crescente demanda por largura de banda, oferecendo flexibilidade na alocação de espectro e modulação. No entanto, enfrentam desafios como a degradação da qualidade da transmissão (QoT - Quality of Transmission) e aumento da probabilidade de bloqueio (PB) devido ao tráfego intenso e ruídos não lineares. Estratégias avançadas de alocação de recursos são fundamentais para otimizar o uso do espectro, lidar com tráfego dinâmico, suportar serviços diversos, reduzir custos e aumentar a confiabilidade do sistema. Neste contexto, a potência de lançamento da luz na fibra óptica é crucial para equilibrar a eficiência espectral e os efeitos das não linearidades, pois, em potências baixas, o sinal sofre degradação pela amplificação do ruído ASE, enquanto potências altas intensificam efeitos não lineares, como mistura de quatro ondas, auto-interferência do canal e interferência cruzada entre canais, que distorcem o sinal e limitam a transmissão. O ponto ideal de potência maximiza a relação sinal-ruído óptico (OSNR - optical signal-to-noise ratio) sem exacerbar as não linearidades, sendo essencial para sistemas que utilizam modulações avançadas, que exigem alta OSNR. Diante desse cenário, esta Tese de Doutorado visa contribuir para o avanço dessa tecnologia, propondo estratégias que busquem melhorar o desempenho das redes ópticas elásticas em termos de PB, com ênfase na melhoria da QoT por meio da atribuição de potência, visando à redução das penalidades da camada física e o uso eficiente do espectro. Para isso, são propostas duas abordagens de alocação de recursos: (1) P-MSCL (Power and Min Slot-Continuity Capacity Loss - potência e perda mínima de capacidade de continuidade de slot): Essa abordagem atribui a potência como um percentual da margem entre a OSNR mínima e máxima, com o objetivo de alcançar a melhor QoT possível, melhorar a eficiência espectral e reduzir a fragmentação, minimizando a perda de continuidade de capacidade de slots. (2) MO-PMRSA (Multiobjective - Power, Modulation, Routing and Spectrum Allocation - otimização multiobjetivo de potência, modulação, roteamento e alocação de espectro): Essa abordagem utiliza a otimização multiobjetivo para determinar simultaneamente a potência e o espectro, visando aos mesmos objetivos da abordagem anterior, mas de maneira integrada e baseada em múltiplos critérios. Foram utilizadas duas topologias de rede para as simulações: a NSFNET, com enlaces mais longos, e a DT14, com enlaces mais curtos. O objetivo foi examinar as estratégias em cenários com diferentes influências das penalidades na camada física, variando a carga de rede entre 100 e 200 Erlang, com incrementos de 20 Erlang. De acordo com os resultados, a estratégia P-MSCL proposta supera as estratégias adotadas como referência em até duas ordens de grandeza, enquanto a técnica MO-PRMSA proposta supera a estratégia P-MSCL em uma ordem de grandeza.


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  • Elastic Optical Networks (EONs) are crucial for addressing the increasing bandwidth demand, offering spectrum and modulation allocation flexibility. However, they face challenges such as degradation of the quality of transmission (QoT) and increased blocking probability (BP) due to heavy traffic and nonlinear noise. Advanced resource allocation strategies are essential to optimize spectrum utilization, handle dynamic traffic, support diverse services, reduce costs, and enhance system reliability. In this context, the launch power of light in optical fibers plays a critical role in balancing spectral efficiency and nonlinear effects. At low power levels, signals suffer degradation due to amplified spontaneous emission (ASE) noise. In contrast, high power levels amplify nonlinear effects such as four-wave mixing, self-channel interference, and cross-channel interference, distorting the signal and limiting transmission. The optimal power level maximizes the optical signal-to-noise ratio (OSNR) without exacerbating nonlinearities, a key requirement for systems employing advanced modulation formats that demand high OSNR. Against this backdrop, this Ph.D. Thesis aims to advance this technology by proposing strategies to improve the performance of EONs in terms of BP, focusing on enhancing QoT through power allocation, thereby reducing physical layer penalties and ensuring efficient spectrum utilization. Two resource allocation approaches are proposed: (1) P-MSCL (Power and Min Slot-Continuity Capacity Loss): This approach assigns power as a percentage of the margin between the minimum and maximum OSNR, aiming to achieve optimal QoT, improve spectral efficiency, and reduce fragmentation by minimizing slot continuity capacity loss. (2) MO-PMRSA (Multiobjective Power, Modulation, Routing, and Spectrum Allocation): This approach employs multiobjective optimization to determine power and spectrum allocation simultaneously, pursuing the same objectives as the previous approach but in an integrated and multi-criteria-based manner. Simulations were conducted using two network topologies: NSFNET, with longer links, and DT14, with shorter links. These simulations aimed to evaluate the strategies under scenarios with varying physical layer penalties, testing network loads between 100 and 200 Erlangs, in increments of 20 Erlangs. The results show that the proposed P-MSCL strategy outperforms reference strategies by up to two orders of magnitude. In contrast, the proposed MO-PMRSA technique outperforms the P-MSCL strategy by one order of magnitude.

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  • KEILA SILVA DOS SANTOS
  • RESSOADOR DE MICROFITA RECONFIGURÁVEL PARA DETECÇÃO DE HIDROGÊNIO.

     

  • Orientador : MARCOS TAVARES DE MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GUILHERME NUNES MELO
  • IGNACIO LLAMAS GARRO
  • LAURO RODRIGO GOMES DA SILVA LOURENCO NOVO
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • RAONI DE FREITAS GÓIS
  • Data: 27/02/2025
    Ata de defesa assinada:

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  • Esta Tese apresenta o projeto, a otimização de parâmetros, simulação e fabricação de um dispositivo ressonante utilizando o CST Studio Suite para o desenvolvimento de um sensor capaz de detectar hidrogênio em frequências de micro-ondas. O dispositivo é reconfigurável, pois incorpora um ressoador em formato de "U" que pode deslizar em relação a uma linha de transmissão estática. Essa abordagem permite investigar a configuração que proporciona a melhor resposta para a detecção de hidrogênio, considerando a variação da frequência de ressonância e a perda por inserção induzida pelo gás hidrogênio no paládio presente no dispositivo. Concluída a etapa de fabricação do sensor e do módulo de vedação de gases e movimento do sensor, foram realizadas medições em laboratório utilizando um Analisador de Redes Vetorial a fim de verificar as alterações nos parâmetros de detecção de hidrogênio. Após um período de investigação pôde-se concluir que o dispositivo sensor para uma configuração de K = -2,5 mm em relação à microfita é capaz de detectar o hidrogênio com um = 8 MHz e  0,074 dB. Os fatores que possivelmente contribuíram para a baixa sensibilidade do dispositivo para outras configurações são analisados. São também investigadas configurações alternativas de estruturas ressonantes projetadas para serem usadas em aplicações de tecnologias RFID. 


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  • This thesis presents the design, parameter optimization, simulation, and fabrication of a resonant device using CST Studio Suite for the development of a sensor capable of detecting hydrogen at microwave frequencies. The device is reconfigurable, as it incorporates a U-shaped resonator that can slide relative to a static transmission line. This approach enables the investigation of the configuration that provides the optimal response for hydrogen detection, considering the variation in resonance frequency and the insertion loss induced by hydrogen gas on the palladium present in the device. Following the fabrication of the sensor and the gas-sealing and motion control module, laboratory measurements were conducted using a Vector Network Analyzer to assess changes in the hydrogen detection parameters. After a period of investigation, it was concluded that the sensor, when configured at K = -2.5 mm relative to the microstrip, is capable of detecting hydrogen with a frequency shift of  = 8 MHz and an insertion loss variation of  = 0.074 dB. The factors that may have contributed to the device's low sensitivity in other configurations are analyzed. Additionally, alternative configurations of resonant structures designed for use in RFID technology applications are investigated.

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  • GILSON JOSÉ ALVES
  • SISTEMA PARA AUXÍLIO DIAGNÓSTICO DA DOENÇA DE ALZHEIMER: UMA APLICAÇÃO COM REDE NEURAL ARTIFICIAL ADAPTATIVA.

  • Orientador : MARCO AURELIO BENEDETTI RODRIGUES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MIGUEL FERNANDO PAIVA VELHOTE CORREIA
  • FERNANDO FERREIRA DE CARVALHO
  • GILSON JERONIMO DA SILVA JUNIOR
  • GUILHERME NUNES MELO
  • LAURO RODRIGO GOMES DA SILVA LOURENCO NOVO
  • MARCO AURELIO BENEDETTI RODRIGUES
  • Data: 28/02/2025

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  • As doenças neurológicas (DNs) são distúrbios que afetam o Sistema Nervoso Central (SNC), composto pelo encéfalo e pela medula espinhal, responsáveis pelo processamento e transmissão de informações no organismo. Existem mais de 600 tipos de DNs, incluindo tumores cerebrais, epilepsia, doença de Alzheimer (DA) e acidente vascular cerebral (AVC). As causas dessas enfermidades são variadas, considerando a complexidade do SNC, e podem incluir fatores genéticos, estilo de vida, infecções e lesões físicas. Alterações na atividade elétrica cerebral são comuns em muitas DNs e, em alguns casos, podem ser detectadas antes do surgimento de sintomas clínicos evidentes. A DA, em particular, apresenta desafios no diagnóstico precoce, pois seus sinais clínicos geralmente emergem em estágios avançados. Este estudo propõe um sistema de auxílio diagnóstico para a DA, baseado em inteligência artificial, utilizando uma rede neural artificial (RNA) associada ao processamento digital de sinais. O sistema analisa sinais de eletroencefalograma (EEG), extraindo padrões nas bandas de frequência delta (δ), teta (θ), alfa (α) e beta (β). Esses padrões, obtidos por meio de parâmetros como densidade espectral e coerência, são utilizados como entrada para a RNA, treinada para distinguir indivíduos com e sem DA. Os testes realizados demonstraram a eficácia do sistema na discriminação entre portadores e não portadores da DA, com sensibilidade de 80%, especificidade de 94,59% e acurácia de 94%. Para a distinção entre indivíduos saudáveis e não saudáveis, os valores obtidos foram: sensibilidade de 80%, especificidade de 96,66% e acurácia de 70%. Esses resultados representam uma contribuição efetiva aos métodos diagnósticos de DNs. As possíveis aplicações desse sistema incluem o suporte às equipes médicas no diagnóstico precoce da DA, possibilitando a adoção de intervenções que possam retardar ou limitar sua progressão. Dessa forma, o estudo contribui para a melhoria da qualidade de vida dos pacientes e de seus familiares, além de aprimorar as abordagens clínicas no manejo da doença.


  • Mostrar Abstract
  • Neurological diseases (NDs) are disorders that affect the Central Nervous System (CNS), which consists of the brain and spinal cord, responsible for processing and transmitting information throughout the body. There are over 600 types of NDs, including brain tumors, epilepsy, Alzheimer’s disease (AD), and stroke. The causes of these diseases are diverse, considering the complexity of the CNS, and may include genetic factors, lifestyle, infections, and physical injuries. Changes in brain electrical activity are common in many NDs and, in some cases, can be detected before the emergence of evident clinical symptoms. AD, in particular, poses challenges for early diagnosis, as its clinical signs generally appear in advanced stages. This study proposes a diagnostic support system for AD based on artificial intelligence, utilizing an artificial neural network (ANN) combined with digital signal processing. The system analyzes electroencephalogram (EEG) signals, extracting patterns in delta (δ), theta (θ), alpha (α), and beta (β) frequency bands. These patterns, derived from parameters such as spectral density and coherence, serve as inputs for the ANN, which is trained to distinguish between individuals with and without AD. The tests conducted demonstrated the system’s effectiveness in differentiating between AD carriers and non-carriers, achieving a sensitivity of 80%, specificity of 94.59%, and accuracy of 94%. For distinguishing between healthy and non-healthy individuals, the obtained values were: sensitivity of 80%, specificity of 96.66%, and accuracy of 70%. These results represent a significant contribution to diagnostic methods for NDs. The potential applications of this system include assisting medical teams in the early diagnosis of AD, enabling the adoption of interventions that may delay or limit disease progression. Thus, this study contributes to improving the quality of life of patients and their families, as well as enhancing clinical approaches in disease management.

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  • MURILO ARAUJO SOUZA
  • DETECÇÃO DE PERDAS NÃO TÉCNICAS EM INFRAESTRUTURAS AVANÇADAS DE MEDIÇÃO: UMA ABORDAGEM ATRAVÉS DE APRENDIZAGEM DE MÁQUINA.

  • Orientador : RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AIDA ARAUJO FERREIRA
  • BENEMAR ALENCAR DE SOUZA
  • MANOEL AFONSO DE CARVALHO JUNIOR
  • MILDE MARIA DA SILVA LIRA
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • Data: 23/04/2025

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  • : Perdas de energia ocorrem em qualquer sistema elétrico, sejam elas devido à fenômenos físicos ou à ação humana. Essas perdas podem ser técnicas, aquelas inerentes ao sistema, e não técnicas, também conhecidas como perdas comerciais, geralmente associadas a algum tipo de fraude cometido pelo consumidor. Algoritmos de Aprendizagem de Máquina podem ser utilizados para detectar padrões de consumo de energia elétrica, afim de indicar se determinado consumidor está cometendo uma fraude ou não. Através de dados reais de consumo de energia elétrica de consumidores honestos, foram empregadas equações matemáticas para modelar onze tipos de perdas não técnicas que podem ocorrer em um medidor inteligente de energia elétrica contido em uma infraestrutura avançada de medição. Além disso, baseado nas séries temporais de consumo de energia, foram extraídos atributos estatísticos (média e variância), temporais (coordenadas do centroide) e de redução de dimensionalidade (Uniform Manifold Approximation and Projection) para aumentar significativamente o desempenho de classificação do modelo. O modelo proposto é do tipo multientradas, com dois ramos em paralelo: um contendo uma rede Multilayer Perceptron e o outro uma rede Long Short-Term Memory que processam diferentes informações. As saídas dessas redes são combinadas e fornecidas como entrada para outro Multilayer Perceptron que realiza a classificação final. As simulações foram realizadas no IDE Spyder através da linguagem de programação Python. Os resultados obtidos confirmam a efetividade do modelo proposto, que superou outros modelos anteriormente desenvolvidos para o mesmo objetivo, alcançando uma maior precisão na detecção das perdas não técnicas.
    técnicas. alcançando uma maior precisão na detecção das perdas não técnicas.


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  • Energy losses occur in any electrical system, whether due to physical phenomena or human action. These losses can be technical, those inherent to the system, and non-technical, also known as commercial losses, generally associated with some form of consumer fraud. Machine Learning algorithms can be used to detect patterns in electricity consumption in order to indicate whether a particular consumer is committing fraud or not. Using real energy consumption data from honest consumers, mathematical equations were employed to model eleven types of non-technical losses that can occur in a smart electricity meter contained within an advanced metering infrastructure. Additionally, based on the time series of energy consumption, statistical (mean and variance), temporal (centroid coordinates) and dimensionality reduction (Uniform Manifold Approximation and Projection) attributes were extracted to significantly enhance the classification performance of the model. The proposed model is of the multi-input type, with two parallel branches: one branch containing a Multilayer Perceptron network and the other a Long Short-Term Memory network that processes different information. Their outputs are combined and provided as input to another Multilayer Perceptron network for final classification. Simulations were conducted in the Spyder IDE using the Python programming language. The results obtained confirm the effectiveness of the proposed model, which surpassed other models previously developed for the same objective, achieving greater accuracy in the detection of non-technical losses.

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  • FELIPE CAIO NUNES DE OLIVEIRA LIMA
  • ACOP-MB: UMA ABORDAGEM PARA MAXIMIZAR A QUALIDADE DE TRANSMISSÃO ÓPTICA EM CENÁRIO MULTIBANDA S + C + L USANDO ALGORITMO BIOINSPIRADO.

  • Orientador : JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARMELO JOSÉ ALBANEZ BASTOS FILHO
  • DARLI AUGUSTO DE ARRUDA MELLO
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • RAFAEL CARVALHO FIGUEIREDO
  • RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • Data: 25/06/2025

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  • As redes ópticas são, atualmente, a única tecnologia capaz de suportar o crescimento exponencial da demanda por tráfego de dados no cenário global. Diante desse desafio, diversas pesquisas têm sido conduzidas para aprimorar a eficiência da transmissão e explorar alternativas que possibilitem o aumento da capacidade de tráfego sem a necessidade de expansão da infraestrutura física. A expansão do uso de bandas adjacentes à banda C, como as bandas L e S, surge como uma estratégia viável para aumentar a capacidade da rede sem a necessidade de novos investimentos em infraestrutura. No entanto, a aplicação dessas bandas exige um controle refinado da amplificação óptica para garantir um desempenho eficiente.Uma abordagem promissora nesse contexto é o Adaptive Control of Operating Point (ACOP), um conjunto de técnicas que visa ajustar dinamicamente o ponto de operação dos amplificadores ópticos presentes na rede. O objetivo dessas técnicas é otimizar métricas essenciais para o desempenho da transmissão, como o GSNR (Generalized Signal-to-Noise Ratio), a taxa de transmissão, o tilt e o ripple.

    Nesta tese, é proposta uma técnica de otimização baseada em algoritmo bioinspirado para aprimorar o uso do ACOP nas bandas C, L e S do espectro óptico. Em um dos cenários de simulações apresentados, a abordagem proposta atingiu um GSNR de 14,55 dB em uma distância de 360 km, o que representa um ganho de aproximadamente 7 dB em relação à abordagem tradicional de compensação de perdas. Além disso, o ACOP-MB apresentou uma taxa de transmissão cerca de 32 Tb/s maior em comparação com a abordagem de compensação de perdas, no cenário estudado, demonstrando seu potencial para otimizar o desempenho de sistemas multibanda em redes ópticas avançadas.

     As contribuições desta pesquisa para a ciência e engenharia incluem o desenvolvimento de uma técnica inovadora de otimização, aplicada ao aprimoramento do desempenho do ACOP em sistemas ópticos multibanda. Esses avanços contribuem para a evolução das comunicações ópticas ao possibilitar a melhor utilização do espectro nas bandas C, L e S, promovendo maior capacidade e resiliência das infraestruturas de telecomunicações frente ao crescimento exponencial da demanda por dados.


  • Mostrar Abstract
  • Optical networks are currently the only technology capable of supporting the exponential growth in demand for data traffic on the global stage. Faced with this challenge, various research projects have been conducted to improve transmission efficiency and explore alternatives that make it possible to increase traffic capacity without the need to expand the physical infrastructure. Expanding the use of bands adjacent to the C band, such as the L and S bands, has emerged as a viable strategy for increasing network capacity without the need for new investments in infrastructure. However, the application of these bands requires refined control of optical amplification to ensure efficient performance.

    A promising approach in this context is Adaptive Control of Operating Point (ACOP), a set of techniques aimed at dynamically adjusting the operating point of the optical amplifiers present in the network. The aim of these techniques is to optimize essential metrics for transmission performance, such as GSNR (Generalized Signal-to-Noise Ratio), transmission rate, tilt and ripple.

    This thesis proposes an optimization technique based on a bio-inspired algorithm to improve the use of ACOP in the C, L and S bands of the optical spectrum. In one of the simulation scenarios presented, the proposed approach achieved a GSNR of 14.55 dB over a distance of 360 km, which represents a gain of approximately 7 dB over the traditional loss compensation approach. In addition, ACOP-MB presented a transmission rate approximately 32 Tb/s higher compared to the loss compensation approach, in the scenario studied, demonstrating its potential for optimizing the performance of multiband systems in advanced optical networks.

    The contributions of this research to science and engineering include the development of an innovative optimization technique, applied to improving the performance of ACOP in multiband optical systems. These advances contribute to the evolution of optical communications by enabling better use of spectrum in the C, L and S bands, promoting greater capacity and resilience of telecommunications infrastructures in the face of exponential growth in data demand.

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  • GABRIEL DE FREITAS FERNANDES
  • THEORY AND ENGINEERING TECHNIQUES IN METAL HYDRIDE PLASMONICS FOR HYDROGEN SENSING.

  • Orientador : JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • VALÉRIA LOUREIRO DA SILVA
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • JOAO BATISTA ROSOLEM
  • JOAO CRISOSTOMO WEYL ALBUQUERQUE COSTA
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • Data: 25/07/2025

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  • Esta tese propõe três técnicas em plasmônica de hidretos metálicos para aplicações em instrumentação e sensoriamento. Primeiramente, é introduzido o Método de Minimização de Harmônicos, juntamente com uma estratégia de otimização para sensores plasmônicos baseados em grades de difração. Essa abordagem conecta formalismos de baixa complexidade a perfis de grade mais adequados para fabricação por métodos amplamente adotados, com um tempo médio de computação de apenas 8 segundos. Em seguida, é apresentada a técnica de Espectroscopia por Grade de Difração Plasmônica com Laser de Diodo Sintonizável (TDLPGS), propondo uma arquitetura de sistema para instrumentação plasmônica portátil aplicável à detecção de hidrogênio. Esse método aproveita a periodicidade variável da rede sob carga de hidrogênio, e os efeitos das variações ópticas e mecânicas nas propriedades plasmônicas do hidreto metálico são analisados em detalhes. Rotinas de detecção harmônica são aplicadas ao sinal de reflectância para melhorar a precisão das medições. Por fim, é proposta uma estrutura Óxido/Metal/Hidreto para integração com fibras ópticas em perfil D, visando o desenvolvimento de dispositivos de detecção de hidrogênio. A influência da espessura de cada camada é investigada, e uma rotina de otimização é sugerida para maximizar a sensibilidade sob restrições específicas de fabricação. O desempenho do sensor é avaliado por uma série de experimentos computacionais.


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  • This thesis proposes three techniques in metal hydride plasmonics for instrumentation and sensing applications. First, the Harmonic Minimization Method is introduced, along with an optimization strategy for plasmonic sensors based on diffraction gratings. This approach connects low-complexity formalisms with grating profiles that are more amenable to fabrication using widely adopted methods, achieving an average computation time of only 8 seconds. Next, the Tunable Diode Laser Plasmonic Grating Spectroscopy (TDLPGS) technique is presented, proposing a system architecture for portable plasmonic instrumentation suited for hydrogen sensing. This method leverages variable grating periodicity under hydrogen loading, and the effects of optical and mechanical variations on the metal hydride's plasmonic properties are thoroughly analyzed. Harmonic detection routines are applied to the reflectance signal to enhance measurement precision. Finally, an Oxide/Metal/Hydride structure is proposed for integration with D-shaped optical fibers to develop hydrogen sensing devices. The influence of each layer's thickness is investigated, and an optimization routine is suggested to maximize sensitivity under specific fabrication constraints. The device performance is assessed through a series of computational experiments.

2024
Dissertações
1
  • SAMUEL DIAS VASCONCELOS
  • AVALIAÇÃO DA OPERAÇÃO E DOS IMPACTOS ELÉTRICOS DA CONEXÃO DE ELETROPOSTO DE RECARGA RÁPIDA.

  • Orientador : JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • RICARDO FONSECA BUZO
  • Data: 26/01/2024

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  • O presente estudo almeja conduzir uma análise abrangente sobre os desafios enfrentados pelas redes elétricas urbanas diante do carregamento massivo de veículos elétricos (VEs). No atual contexto de uma sociedade constantemente voltada para a busca de soluções sustentáveis, a mobilidade elétrica surge como uma alternativa promissora para atenuar as emissões de gases de efeito estufa e reduzir a dependência de combustíveis fósseis.

    No cenário atual da mobilidade elétrica, destaca-se o crescente interesse em veículos elétricos como resposta viável aos desafios ambientais e energéticos. A crescente demanda impõe a necessidade de gerenciar as implicações do carregamento massivo de VEs nas redes urbanas. Neste contexto, este trabalho descreve os desafios relacionados à mobilidade elétrica e suas repercussões nas infraestruturas elétricas urbanas, especificamente associados aos impactos elétricos na qualidade de energia decorrente da conexão de VEs à rede. Os resultados são baseados em simulações implementadas em ambiente do tipo HIL (Hardware in the loop), evidenciando pontos de operação e as condicionantes para a ocorrência de impactos elétricos de estações de recarga rápida nas componentes de qualidade de energia estabelecidas pelo PRODIST (Procedimentos de Distribuição) da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica). Por fim, propõe-se um novo indicador específico, denominado de Índice de Impacto Elétrico do Carregamento de Veículos Elétricos - ECGII (EV Charging Grid Impact Indice). O objetivo do ECGII é avaliar de maneira preditiva, em etapas anteriores à instalação de um novo carregador conectado à rede de distribuição, o potencial de ocorrência de impactos do carregamento de VEs. Desta forma, o índice ECGII pode ser uma ferramenta destinada a gestores de redes elétricas urbanas e planejadores de transporte, desempenhando a função de classificador de modo a subsidiar estratégias que otimizem a integração dos veículos, garantindo, assim, eficiência energética e confiabilidade operacional. Portanto, no contexto da crescente adoção da mobilidade elétrica, este trabalho busca contribuir com um método de suporte ao gerenciamento dos desafios enfrentados pelas redes elétricas urbanas em cenários de elevada inserção de cargas associadas potencialmente perturbadoras associadas à infraestrutura de recarga de VEs.


  • Mostrar Abstract
  • The present study aims to conduct a comprehensive analysis of the challenges faced by urban electrical grids in the face of the massive charging of electric vehicles (EVs). In the current context of a society constantly focused on seeking sustainable solutions, electric mobility emerges as a promising alternative to mitigate greenhouse gas emissions and reduce dependence on fossil fuels. In the current scenario of electric mobility, the growing interest in electric vehicles as a viable response to environmental and energy challenges is evident. The increasing demand necessitates the need to manage the implications of massive EV charging on urban networks. In this context, this work describes the challenges related to electric mobility and its repercussions on urban electrical infrastructures, specifically associated with electrical impacts on power quality resulting from the connection of EVs to the grid. The results are based on simulations implemented in a Hardware-in-the-Loop (HIL) environment, highlighting operating points and conditions for the occurrence of electrical impacts from fast charging stations on the power quality components established by the PRODIST standard (Electricity Distribution Procedure). Finally, a new specific indicator is proposed, called the Electric Vehicle Charging Grid Impact Index (ECGII). The goal of the ECGII is to predictively assess, in stages prior to the installation of a new charger connected to the distribution network, the potential occurrence of impacts from EV charging. Thus, the ECGII index can be a tool for urban electrical network managers and planners, serving as a classifier to support strategies that optimize vehicle integration, ensuring energy efficiency and operational reliability. Therefore, in the context of the growing adoption of electric mobility, this work seeks to contribute with a method to support the management of challenges faced by urban electrical grids in scenarios of high insertion of potentially disruptive loads associated with EV charging infrastructure.

     

2
  • EWELIM DAYANE DE SOUZA BARROS
  • ALOCAÇÃO EFICIENTE DE RECURSOS PARA REDUÇÃO DE CUSTOS EM REDES ÓPTICAS OTN SOBRE WDM: UMA ABORDAGEM DE OTIMIZAÇÃO BASEADA EM ILP E HEURÍSTICAS.

  • Orientador : RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOAO CRISOSTOMO WEYL ALBUQUERQUE COSTA
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • Data: 06/02/2024

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  • Com a crescente demanda por serviços de telecomunicações de alta qualidade e o aumento expressivo no tráfego de dados, impulsionados pelo número crescente de aplicações na Internet, as redes ópticas surgem como a solução ideal para atender às altas taxas de transmissão. Nesse contexto, operadores de rede buscam incessantemente soluções eficientes e economicamente viáveis para suas arquiteturas. Este trabalho apresenta uma abordagem abrangente para otimizar os custos associados às interfaces instaladas em uma Rede Óptica de Transporte (OTN) e ao número de comprimentos de onda necessários na rede WDM (Wavelength Division Multiplexing) subjacente. A estratégia envolve a alocação de demandas de tráfego pertencentes a múltiplas classes de serviço em interfaces OTN de diferentes capacidades devidamente implantadas na rede. É proposta uma formulação matemática completa de Programação Linear Inteira (ILP) para lidar com o problema integrado de implantação de interfaces OTN, criação de links OTN virtuais, agrupamento e roteamento de tráfego em caminhos virtuais de capacidades distintas, assim como incorporação dessas redes na camada física WDM. O principal objetivo desta pesquisa é reduzir os custos de infraestrutura (CAPEX) associados às interfaces OTN, um componente significativo no custo total da rede. Além disso, busca-se minimizar o número necessário de comprimentos de onda no problema de Roteamento e Atribuição de Comprimentos de Onda (RWA), contribuindo para uma economia global e garantindo capacidade disponível para futuras expansões. Dado que o problema RWA torna-se difícil de resolver à medida que o tamanho da rede aumenta, envolvendo significativos custos computacionais, é apresentada uma abordagem heurística de múltiplas etapas para lidar eficientemente com redes maiores. Nessa abordagem, as etapas de otimização para o design da rede OTN e as soluções do problema RWA são conduzidas independentemente. Para o planejamento da camada OTN, é mantida a formulação ILP exata (OTN-ILP), de forma a garantir a solução ótima para os custos das interfaces instaladas. Já problema RWA é abordado tanto por meio de uma formulação ILP (RWA-ILP) quanto por uma abordagem heurística (BLRW). O modelo RWA-ILP fornece resultados com a mesma quantidade, ou um número ligeiramente maior, de comprimentos de onda em comparação com a solução ótima da Formulação ILP Integrada. No entanto, é aplicável apenas a redes pequenas devido às restrições de tempo computacional. Por outro lado, a heurística desenvolvida para o RWA é capaz de lidar com redes de qualquer tamanho, embora demande mais comprimentos de onda em comparação com o modelo RWA-ILP.


  • Mostrar Abstract
  • With the growing demand for high-quality telecommunication services and the significant increase in data traffic, due to the rising number of applications on the Internet, optical networks emerge as the most suitable technology to supply the required high transmission rates. In this scenario, network operators constantly investigate new solutions to deploy scalable and cost-effective network architectures. This work introduces a comprehensive approach to optimize the cost of installed Optical Transport Network (OTN) interfaces, as well as the required number of wavelengths in the substrate Wavelength Division Multiplexing (WDM) optical network. The strategy involves grooming traffic demands of multiple bit rates on the properly installed distinct-capacity OTN interfaces. A complete Integer Linear Programming (ILP) mathematical formulation is proposed to address the integrated problem of OTN interface deployment, virtual-network formation, traffic grooming on the established distinct-capacity virtual paths, and virtual network embedding on the WDM physical substrate. The main objective of this research is to reduce the Capital Expenditure (CAPEX) of the required deployed OTN interfaces, usually the most costly element in the network, as well as to minimize the required number of wavelengths in the Routing and Wavelength Assignment (RWA) problem, contributing to the overall reduction in network costs and ensuring available capacity for future expansions. As the RWA problem becomes challenging to solve as the network size scales, involving significant computational costs, a multi-step heuristic approach is proposed to efficiently handle larger networks. In this approach, the optimization steps for the OTN design and the RWA solutions are conducted independently. For the OTN-layer planning, the exact ILP formulation (OTN-ILP) is maintained, so that the optimum solution for the cost of installed interfaces on the OTN layer is guaranteed. The RWA problem is proposed through either an ILP formulation (RWA-ILP) or a heuristic approach (BLRW). The RWA-ILP model provides results with the same or slightly superior number of wavelengths compared to the optimum solution of the Integrated ILP formulation, with the cost of providing results in reasonable times only for small networks. On the other hand, the heuristic developed for RWA is able to run any network size, although it requires more wavelengths compared to the RWA-ILP model.

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  • CAMILA MENDES BANDEIRA
  • PROJETO E CONTROLE DE UM CONVERSOR CC-CC APLICADO A UMA ESTAÇÃO DE CARREGAMENTO VEÍCULOS ELÉTRICOS.

  • Orientador : GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CASSIANO RECH
  • GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • LEONARDO RODRIGUES LIMONGI
  • Data: 21/02/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • As preocupações relacionadas às alterações climáticas, em especial as decorrentes dos gases de efeito estufa, têm impulsionado a busca por alternativas no âmbito da produção e do consumo, com o objetivo de atingir um desenvolvimento sustentável. Uma estratégia explorada para o alcance desse objetivo e concomitante redução de emissão de poluentes é a eletrificação veicular, substituindo os veículos de combustão interna por veículos híbridos ou puramente elétricos. Apesar do reconhecimento da importância da adoção de veículos elétricos nos sistemas de transporte alguns desafios ainda precisam ser mais bem estudados, como os impactos causados à rede elétrica e a necessidade de infraestrutura de recarga ampla e eficiente. Apesar de haver grandes incentivos para o aumento da infraestrutura de carregamento, ela permanece limita em comparação com as destinadas a veículos de combustão interna, além de apresentarem maiores tempos de recarga. Uma alternativa para diminuir o tempo de recarga e melhorar a experiência do usuário é a adoção de estações públicas de carregamento a corrente contínua, visto que essas estações acessam diretamente os terminais da bateria, possibilitando uma maior entrega de potência com um menor comprometimento de peso e volume do veículo. Essas estações, portanto, precisam operar em uma ampla faixa de forma a atender os diversos modelos de veículos elétricos disponíveis no mercado. Nesse contexto, esta dissertação busca projetar um carregador veicular em corrente contínua, em conformidade com normas internacionais e nacionais, de forma a atender uma extensa variedade de veículos. Uma revisão bibliográfica dos requisitos técnicos e normativos relativos ao sistema de recarga em corrente contínua é realizada, assim como o projeto do conversor phase-shift full-bridge (PSFB) para o atendimento de veículos com baterias de 400V e 800V. A modelagem do conversor é realizada a partir do modelo de pequenos sinais do conversor buck, adicionando a esta algumas particularidades da operação do PSFB. O controle digital é desenvolvido e implementado em ambiente de simulação do Matlab/Simulink, onde são realizados testes de desempenho para os estágios de recarga quando conectados a diversos modelos de baterias.


  • Mostrar Abstract
  • Concerns related to climate change, particularly those arising from greenhouse gas emissions, have driven the search for alternatives in both production and consumption areas, aiming to achieve sustainable development. An explored strategy for reaching this goal and concurrently reducing pollutant emissions is the electrification of vehicles, replacing internal combustion vehicles with hybrid or purely electric vehicles. Despite the recognition of the importance of adopting electric vehicles in transportation systems, some challenges still need further examination, such as the impacts on the electrical grid and the need for a broad and efficient recharging infrastructure. Despite substantial incentives for expanding charging infrastructure, it remains limited compared to that allocated for internal combustion vehicles, as it also involves longer charging times. An alternative to reduce charging time and enhance user experience is the adoption of publicly accessible direct current charging stations. These stations connect directly to the battery terminals, enabling higher power delivery with less compromise to the vehicle's weight and volume. These stations, therefore, need to operate across a wide range to accommodate the various models of electric vehicles available in the market. In this context, this dissertation aims to design a direct current vehicle charger, in compliance with international and national standards, to attend a broad range of vehicles. A literature review of the technical and normative requirements related to direct current charging systems is conducted, along with the design of the phase-shift full-bridge (PSFB) converter to accommodate vehicles with 400V and 800V batteries. The converter modeling is based on the small signal model of the buck converter, incorporating specific operational features of the PSFB. Digital control is developed and implemented in the Matlab/Simulink simulation environment, where performance tests are conducted for the charging stages when connected to various battery models.

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  • ANTONIO GUSTAVO EVANGELISTA MUNIZ SANTOS
  • GERENCIAMENTO DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL EM MICRORREDE OPERANDO NO MODO ILHADO.

  • Orientador : RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • MILDE MARIA DA SILVA LIRA
  • Data: 23/02/2024

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  • O cenário atual do sistema energético é impulsionado pela inserção dos Recursos Energéticos Distribuídos (RED), que incluem a Geração Distribuída (GD) e os Sistemas de Armazenamento de Energia (SAE). A partir deste contexto, uma alternativa potencial para integração dos RED com o sistema elétrico são as microrredes. A microrrede (MR) é capaz de fornecer uma melhor confiabilidade para a operação do sistema devido a sua característica plug-and-play, ou seja, capacidade de operar nos modos conectado e desconectado da rede principal. Para a MR ser capaz de fornecer suporte à integração dos RED é fundamental ter a presença de um sistema de gerenciamento de energia (EMS, do inglês Energy Management System), responsável por gerenciar os recursos energéticos que compõem a MR. Com o gerenciamento de energia, é possível garantir o despacho de cada recurso energético considerando suas restrições, além de atender alguma solicitação associada a um requisito operacional ou econômico. Visando avaliar o desempenho do EMS no cenário de MR, este trabalho propõe avaliar estratégias de gerenciamento de energia em uma MR desconectada da rede principal, formada por gerador a diesel, célula de combustível (FC, do inglês Fuel Cell), sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS) e sistema geração fotovoltaica (FV). Dessa forma, o trabalho considera duas estratégias de gerenciamento de energia: máquina de estado e lógica fuzzy, implementadas através da ferramenta computacional Matlab/Simulink. O objetivo das estratégias será realizar o despacho de cada recurso energético da MR na ocorrência de alguma perturbação associada às variações de geração ou de carga. Além disso, as estratégias visam o funcionamento da FC na região de melhor eficiência com o suporte do BESS. Por fim, com base nos resultados verifica-se que operar a FC na região de melhor eficiência reduz o consumo de oxigênio e hidrogênio e melhora o perfil de tensão do barramento CC.

     


  • Mostrar Abstract
  • The current scenario in the energy system is driven by the insertion of Distributed Energy Resources (DER), which include Distributed Generation (DG) and Energy Storage Systems (ESS). In this context, a potential alternative for integrating DER with the electrical system are microgrids. The microgrid (MG) is capable of providing better reliability for system operation due to its plug-and-play characteristic, that is, the ability to operate in connected and disconnected modes from the main grid. For the microgrid to be capable to provide support for the integration of DERs, it is essential to have the presence of an energy management system (EMS), responsible for managing the energy resources that is part of the MG. With energy management, it is possible to guarantee the dispatch of each energy resource considering its restrictions, in addition to meeting any request associated with an operational or economic requirement. Aiming to evaluate the performance of the EMS on a MG, this work proposes to evaluate EMS strategies in an MG disconnected from the main grid, composed by a diesel generator, fuel cell (FC), battery energy storage system (BESS) and photovoltaic (PV) generation system. Therefore, the work considers two energy management strategies: state machine and fuzzy logic, implemented using the Matlab/Simulink computational tool. The objective of the strategies is to dispatch each MG energy resource when there is any disturbance associated with variations in generation or load. Furthermore, the strategies aim to operate the FC in the region of best efficiency with the support of BESS. Finally, based on the results operating the FC in the region of best efficiency reduces the consumption of oxygen and hydrogen and improves the voltage profile of the DC bus.

     

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  • RICARDO MOURA DE SOUZA
  • VARIABILIDADE DE POTÊNCIA EM GERAÇÃO FOTOVOLTAICA: MÉTODOS DE SUAVIZAÇÃO, MÉTRICAS E CARACTERIZAÇÃO

  • Orientador : RAFAEL CAVALCANTI NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDO APARECIDO DE ASSIS
  • JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • JULIANO BANDEIRA LIMA
  • RAFAEL CAVALCANTI NETO
  • Data: 27/02/2024

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  • As mudanças climáticas induzidas por atividades humanas, causadas principalmente pelas emissões de gases de efeito estufa, representam uma ameaça significativa para a sustentabilidade da vida na Terra. Nesse contexto, as fontes renováveis de energia (RESs), como a geração eólica e a fotovoltaica, cresceram em relevância como alternativas economicamente viáveis. As quedas recentes nos custos dessas tecnologias aceleraram a sua adoção, tornando-as parcelas relevantes da capacidade instalada dos países. Embora relativamente limpas, essas alternativas não estão isentas de impactos negativos, especialmente no que diz respeito à sua integração nas redes elétricas. Relatos na literatura destacam questões como flutuações de tensão, desvios de frequência e a necessidade de maiores reservas operativas, todas decorrentes da natureza estocástica e intermitente dessas fontes. No cenário descrito, este trabalho aborda um desses impactos, o crescimento da variabilidade de potência, dando ênfase ao uso de sistemas de armazenamento de energia em microrredes c.a. visando a suavização de potência. A revisão da literatura destaca trabalhos que abordam a problemática da variabilidade de potência, métodos de geração de referência para suavização de potência e a caracterização da variabilidade através de funções de densidade de probabilidade, fornecendo subsídios teóricos para a avaliação de métricas vigentes e para a proposição de alternativas. Nesse contexto, faz-se uso de um conjunto de dados experimentais oriundos do NREL (National Renewable Energy Laboratory), a partir do qual são expostas as limitações da métricas comumente utilizadas para a avaliar os métodos de geração de referência para suavização de potência. Também com base nos dados, busca-se avaliar os métodos de caracterização da variabilidade de potência baseados em distribuições de probabilidade a partir da implementação de um subconjunto dos métodos mais comuns na literatura. Com base nas limitações encontradas neste trabalho, novas métricas são elaboradas tomando como referência boas práticas do campo da Estatística.


  • Mostrar Abstract
  • Human-induced climate change, primarily caused by greenhouse gas emissions, poses a significant threat to the sustainability of life on Earth. To mitigate this problem, renewable energy sources (RESs), such as photovoltaic (PV) and wind generation, have gained substantial relevance as economically viable alternatives. Recent price drops in these technologies have accelerated their adoption as significant contributors to countries’ power grids. Although relatively clean, these alternatives are not free of negative impacts, particularly concerning their integration into power grids. Literature reports highlight issues such as voltage flickers, frequency deviations, and the need for larger power reserves, all stemming from the hard-to-anticipate nature of power variability. In the described scenario, this study addresses one of these impacts: the increase in power variability, with an emphasis on the use of energy storage systems in AC microgrids aimed at power smoothing. The literature review highlights works that tackle the issue of power variability, methods for generating reference signals for power smoothing, and the characterization of variability through probability density functions, providing theoretical support for the evaluation of current metrics and the proposal of alternatives. In this context, a set of experimental data from the NREL (National Renewable Energy Laboratory) is used, exposing the limitations of commonly used metrics to assess reference signal generation methods for power smoothing. Also, based on the data, an assessment of power variability characterization methods is conducted, employing a subset of the most common methods in the literature. Given the limitations found in this study, new metrics are developed, drawing on best practices from the field of Statistics.

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  • LEONARDO MENDES SOUSA XAVIER
  • APLICAÇÕES DE APRENDIZADO DE MÁQUINA NA DETECÇÃO DE ANOMALIAS EM SISTEMAS EÓLICOS.

  • Orientador : PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JEYDSON LOPES DA SILVA
  • JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • Data: 29/02/2024

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  • Neste trabalho, é apresentada uma metodologia voltada para identificação de anomalias em aerogeradores, visando a antecipar variações de temperatura em componentes críticos da máquina. Os elementos submetidos à análise incluem o rolamento da caixa de engrenagem e o rolamento drive-end do gerador. O estudo fundamenta-se na modelagem e aplicação de algoritmos de aprendizagem de máquina com o intuito de prever a temperatura nesses componentes. Os algoritmos de regressão empregados abrangem a regressão múltipla linear, o aumento de gradiente extremo e uma rede neural recorrente denominada memória de curto longo prazo. Para modelagem das técnicas, são utilizados dados provenientes do sistema de supervisão de três aerogeradores pertencentes a um parque eólico brasileiro composto por doze máquinas. Foi optado pela escolha de máquinas com comportamento de temperatura distinto entre si, a fim de avaliar se há variações relevantes no desempenho dos modelos de aprendizado diante de comportamentos térmicos distintos. Os dados das máquinas são submetidos a uma etapa de pré-processamento para identificar valores atípicos da operação normal dos aerogeradores. Posteriormente, os dados são divididos em conjuntos específicos para aplicação do algoritmo. No caso do modelo de aumento de gradiente extremo, foi empregada uma técnica de otimização Bayesiana para encontrar os parâmetros ótimos que se adéquam ao conjunto de dados propostos. Os resultados dos algoritmos de regressão são analisados sob a ótica das métricas de desempenho, e, ainda, são realizadas comparações entre as temperaturas reais e previstas, dentro de limites de controle definidos, visando a identificação de anomalias na temperatura dos elementos estudados. Por fim, os modelos aplicados às três máquinas são comparados entre si para cada componente analisado. As principais vantagens deste modelo incluem sua capacidade em fornecer resultados excelentes para problemas complexos de previsão, baixo custo financeiro para implementação e alta adaptabilidade de implementação em outras máquinas.


  • Mostrar Abstract
  • In this work, a methodology focused on identifying anomalies in wind turbines is presented, aiming to anticipate temperature variations in critical machine components. The elements subjected to analysis include the gearbox bearing and the drive-end bearing of the generator. The study is based on modeling and applying machine learning algorithms with the goal of predicting the temperature in these components. The employed regression algorithms encompass linear multiple regression, extreme gradient boosting, and a recurrent neural network called long short-term memory. For modeling these techniques, data from the supervision system of three wind turbines in a Brazilian wind farm consisting of twelve machines are utilized. Machines were chosen with distinct temperature behaviors to assess potential variations in the performance of learning models in the face of diverse thermal behaviors. The machine data undergo a preprocessing stage to identify outliers from the normal operation of wind turbines. Subsequently, the data is divided into specific sets for algorithm application. In the case of the extreme gradient boosting model, a Bayesian optimization technique was employed to find optimal parameters that suit the proposed dataset. The results of the regression algorithms are analyzed in terms of performance metrics, and comparisons between actual and predicted temperatures are conducted within defined control limits, aiming to identify anomalies in the temperature of the studied elements. Finally, the models applied to the three machines are compared for each analyzed component. The main advantages of this model include its ability to provide excellent results for complex prediction problems, low financial implementation costs, and high adaptability for implementation in other machines.

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  • LAÍS MARIA RODRIGUES DE ARAÚJO
  • BLOCOS DE PERMUTAÇÃO PARA CONSTRUÇÕES ESPONJA: EXPLORANDO O USO DA TRANSFORMADA DO COSSENO SOBRE CORPOS FINITOS DE CARACTERÍSTICA 2.

  • Orientador : JOSE RODRIGUES DE OLIVEIRA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FRANCISCO MADEIRO BERNARDINO JUNIOR
  • JOSE RODRIGUES DE OLIVEIRA NETO
  • VITOR DE ANDRADE COUTINHO
  • Data: 27/06/2024

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  • Neste trabalho, é abordada a relevância das primitivas criptográficas na construção de sistemas de segurança e comunicação confiáveis. São investigadas algumas primitivas, incluindo algoritmos de cifragem e decifragem, funções hash e geração de números pseudoaleatórios que utilizam a construção esponja em seu projeto. É dada ênfase à flexibilidade e adaptabilidade da construção esponja, devido à sua capacidade de ajustar o tamanho do estado interno para atender aos requisitos de segurança. Neste sentido, são estudados algoritmos que utilizam essa primitiva, tais como as funções hash SHA3, Quark, Photon, SPONGENT e o ASCON. Este último, é considerado como cifra de bloco, como função hash e para geração de números pseudoaleatórios. Também é avaliado, nesse trabalho, o uso de estruturas algébricas finitas em algoritmos de premissas criptográficas. Mais especificamente, são estudados polinômios de permutação e a transformada do cosseno sobre corpos finitos de característica 2. Diante disso, é proposto um novo bloco de permutação de comprimento (2+n)x32, em que n é um número natural não-nulo, para utilização em construções esponja. Este bloco de permutação emprega um polinômio de permutação juntamente com a transformada do cosseno do tipo 1, ambos definidos sobre o corpo finito GF(28). Quando utilizado nos algoritmos hash mencionados anteriormente, o bloco proposto torna possível reduzir o número de rodadas de aplicação do bloco de permutação para dois, ao invés das 12 rodadas do ASCON-hash,  24 do SHA3 e 1024 do  S-Quark. Além disso, foi verificado o uso do bloco proposto no algoritmo ASCON em sua forma de cifra de bloco e gerador de números pseudoaleatórios. Para validação de todos os sistemas implementados, foram realizados testes de entropia, efeito avalanche, testes estatísticos da suite de testes do NIST e teste de resistência a ataques de força bruta. A avaliação dos testes realizados indica que o uso do bloco proposto manteve resultados semelhantes aos gerados pelos algoritmos originais.


  • Mostrar Abstract
  • In this work, we address the relevance of cryptographic primitives in constructing reliable security and communication systems. Some primitives are investigated, including encryption and decryption algorithms, hash functions, and the generation of pseudorandom numbers that use the sponge construction in their design. We emphasize the flexibility and adaptability of sponge construction due to its ability to adjust the size of the internal state to meet security requirements. In this sense, algorithms that use this primitive are studied, such as the hash functions SHA3, Quark, Photon, SPONGENT, and ASCON. The latter is a block cipher, a hash function, and a pseudorandom number generator. This work also evaluates using finite algebraic structures in cryptographic premise algorithms. More specifically, permutation polynomials and the cosine transform over finite fields of characteristic two are studied. Therefore, we propose a new permutation block of length $(2+n)\times32$, where n is a non-zero natural number, for use in sponge constructions. This permutation block employs a permutation polynomial and the type 1 cosine transform, defined over the finite field $\mathbb{F}_{2^8}$. When used in the previously mentioned hash algorithms, the proposed block makes it possible to reduce the number of permutation block application rounds to two instead of the 12 rounds of ASCON-hash, 24 of SHA3, and 1024 of S-Quark. Furthermore, we verified using the proposed block in the ASCON algorithm as a block cipher and pseudorandom number generator. We conduct entropy tests, avalanche effects, statistical tests from the NIST test suite, and resistance tests to brute force attacks to validate all implemented systems. The evaluation of the tests carried out indicates that using the proposed block maintained results similar to those generated by the original algorithms.

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  • ANDRÉ VICTOR RODRIGUES NASCIMENTO DA SILVA
  • ABORDAGEM HÍBRIDA DETERMINÍSTICA E ESTOCÁSTICA PARA QUANTIFICAÇÃO DE CONSTRAINED-OFF FUTURO PARA RENOVÁVEIS: ESTUDO DE CASO NO BRASIL PARA O ANO 2025.

  • Orientador : PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOISA CAMPANHER DUTRA SARAIVA
  • JEYDSON LOPES DA SILVA
  • JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • Data: 24/07/2024

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  • Este estudo aborda a aplicação de uma metodologia híbrida determinística e estocástica para quantificar os eventos de constrained-off em Fontes Renováveis Variáveis (FRV), particularmente eólica e solar, e sua aplicação em um estudo de caso no Sistema Interligado Nacional (SIN) do Brasil para o ano 2025. Através da integração de análises determinísticas, que incluem simulações de fluxo de potência utilizando o método Newton–Raphson, e análises estocásticas que avaliam o comportamento variável da demanda e da geração, o estudo fornece uma avaliação detalhada dos impactos da inserção de capacidades significativas de energia renovável na rede elétrica. Os cenários analisados, com capacidades instaladas de 47,7 GW e 77,7 GW de FRV, apresentaram uma projeção de corte de geração de, respectivamente, 1,8% e 19,4% da energia renovável por estas fontes, com cortes de 6,1% e 28,7% da energia renovável por estas fontes em setembro, maior constrained-off. A pesquisa aponta a necessidade de melhorias na infraestrutura de transmissão e na implementação de tecnologias de armazenamento para mitigar os efeitos adversos dos eventos de constrained-off. Além disso, discute-se a necessidade de políticas energéticas adaptativas que possam facilitar uma transição eficiente para um sistema energético mais sustentável e resiliente. Os resultados indicam que, sem melhorias significativas na infraestrutura e sem uma gestão de carga adequada, os eventos de constrained-off podem se tornar mais frequentes e intensos, comprometendo a estabilidade e eficiência do sistema elétrico, a sustentabilidade econômica dos empreendimentos de geração e os novos investimentos em renováveis.


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  • This study addresses the application of a hybrid deterministic and stochastic methodology to quantify constrained-off events in Variable Renewable Energy (VRE) sources, particularly wind and solar, and its application in a case study on the Sistema Interligado Nacional (SIN) for the year 2025. Through the integration of deterministic analyses, which include power flow simulations using the Newton–Raphson method, and stochastic analyses that evaluate the variable behavior of demand and generation, the study provides a detailed assessment of the impacts of significant renewable energy capacities integration into the power grid. The analyzed scenarios, with installed capacities of 47.7 GW and 77.7 GW of VRE, projected generation cuts of 1.8% and 19.4% of renewable energy from these sources, respectively, with cuts of 6.1% and 28.7% of renewable energy from these sources in September, the highest constrained-off month. The research highlights the need for improvements in transmission infrastructure and the implementation of storage technologies to mitigate the adverse effects of constrained-off events. Additionally, the need for adaptive energy policies that can facilitate an efficient transition to a more sustainable and resilient energy system is discussed. The results indicate that, without significant infrastructure improvements and proper load management, constrained-off events may become more frequent and intense, compromising the stability and efficiency of the power system, the economic sustainability of generation projects, and new investments in renewables.

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  • JOÁS RONÁLDY DE HOLANDA SANTOS
  • TÉCNICA DE MONTE CARLO APLICADA AO DIMENSIONAMENTO DE UMA GERAÇÃO FOTOVOLTAICA EM UMA MICRORREDE COM ESTAÇÕES DE RECARGA DE VEÍCULOS ELÉTRICOS E A HIDROGÊNIO.

  • Orientador : RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DOUGLAS CONTENTE PIMENTEL BARBOSA
  • MILDE MARIA DA SILVA LIRA
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • Data: 31/07/2024

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  • Este estudo de mestrado investiga como os postos de combustível podem ser adaptados para suportar veículos elétricos e movidos a hidrogênio, através do desenvolvimento de uma microrrede. A pesquisa emprega a técnica de Monte Carlo para modelar cenários de demanda energética variável e determinar as configurações ideais de potência para eletrolisadores e geração fotovoltaica, buscando otimizar o suprimento contínuo de gás nas estações de recarga. A dissertação começa com uma introdução que contextualiza a necessidade de transição para energias renováveis, destacando a importância das microrredes e do hidrogênio verde. A revisão de literatura explora profundamente os sistemas de energia renovável, microrredes, e a aplicação de métodos de Monte Carlo na engenharia elétrica, além de discutir as tecnologias de veículos elétricos e a hidrogênio. Na metodologia, o estudo detalha o uso da simulação de Monte Carlo para o dimensionamento da microrrede, incluindo uma análise minuciosa dos componentes como eletrolisadores, células de combustível, sistemas de armazenamento de bateria (BESS), e geração fotovoltaica, juntamente com a integração e gestão de energia através de um barramento AC. A análise de dados foca na potência instantânea dos equipamentos e nos níveis de Estado de Carga (SOC) e Estado de Carga de Hidrogênio (SOCH), fundamentais para avaliar a performance do sistema. Os resultados obtidos ilustram a capacidade da microrrede de gerenciar eficientemente a oferta e demanda de energia, com especial atenção ao funcionamento do eletrolisador e dos sistemas de armazenamento em responder às necessidades energéticas dos veículos. A discussão avalia esses resultados à luz de estudos anteriores e considera as limitações enfrentadas.
                Esta dissertação conduziu uma investigação sobre a operação e otimização de uma microrrede integrada, abordando inicialmente a contextualização e relevância do tema por meio de uma revisão bibliográfica abrangente. O uso da técnica de Monte Carlo foi crucial para a realização de simulações robustas, e os resultados das simulações foram de suma importância para melhorar a compreensão da correlação de potência nominais do eletrolisador e geração fotovoltaica e déficit de hidrogênio. Em conclusão, este estudo não apenas confirmou a viabilidade das microrredes integradas como soluções sustentáveis para o gerenciamento de energia, mas também destacou o potencial significativo para melhorias através de inovações tecnológicas e estratégias de controle avançadas. A continuação desta pesquisa abre várias linhas de pesquisas promissoras para aprofundar e expandir os estudos sobre a operação e otimização de microrredes.

     


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  • This Master's study investigates how fuel stations can be adapted to support electric and hydrogen vehicles through the development of a microgrid. The research employs the Monte Carlo technique to model scenarios of variable energy demand and determine the ideal power settings for electrolyzers and photovoltaic generation, aiming to optimize the continuous gas supply at the charging stations. The dissertation begins with an introduction that contextualizes the need to transition to renewable energies, highlighting the importance of microgrids and green hydrogen. The literature review deeply explores renewable energy systems, microgrids, and the application of Monte Carlo methods in electrical engineering, in addition to discussing technologies for electric and hydrogen vehicles. In the methodology, the study details the use of Monte Carlo simulation for the sizing of the microgrid, including a thorough analysis of components such as electrolyzers, fuel cells, battery storage systems (BESS), and photovoltaic generation, along with integration and energy management through an AC bus. The data analysis focuses on the instantaneous power of the equipment and the levels of State of Charge (SOC) and Hydrogen State of Charge (SOCH), which are fundamental for evaluating system performance. The results obtained illustrate the microgrid's ability to efficiently manage energy supply and demand, with special attention to the operation of the electrolyzer and storage systems in responding to the energy needs of vehicles. The discussion evaluates these results in light of previous studies and considers the limitations faced.
                This dissertation conducted an investigation into the operation and optimization of an integrated microgrid, initially addressing the contextualization and relevance of the topic through a comprehensive literature review. The use of the Monte Carlo technique was crucial for conducting robust simulations, and the simulation results were of utmost importance for improving the understanding of the correlation between nominal powers of the electrolyzer and photovoltaic generation and hydrogen deficit. In conclusion, this study not only confirmed the viability of integrated microgrids as sustainable energy management solutions but also highlighted the significant potential for improvements through technological innovations and advanced control strategies. The continuation of this research opens several promising avenues for deepening and expanding studies on the operation and optimization of microgrids.

     

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  • RENATO ANDRADE FREITAS
  • APRIMORAMENTO DA MODELAGEM DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS EM AMBIENTE MATLAB/SIMULINK.

  • Orientador : MARCELO CABRAL CAVALCANTI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FABRICIO BRADASCHIA
  • GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • LEANDRO MICHELS
  • Data: 08/08/2024

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  • Este trabalho investiga as limitações e desafios na modelagem de sistemas fotovoltaicos utilizando o bloco PV Array do MATLAB/Simulink, uma ferramenta importante para otimizar a eficiência e confiabilidade desses sistemas. O bloco PV Array, embora amplamente utilizado, apresenta limitações significativas, como a necessidade de parâmetros precisos e dificuldades na representação dinâmica das condições operacionais, o que compromete a precisão das simulações. Este estudo analisa a variabilidade da irradiância e da temperatura ambiental, propondo metodologias para extrair e tratar curvas I-V, e avaliando alternativas ao uso do bloco PV Array, como os Modelos Globais Não Lineares (MGNL), que ajustam seus parâmetros conforme as variações ambientais. Experimentos foram conduzidos utilizando uma bancada experimental para extração de curvas I-V, com tratamento e análise dos dados obtidos para validar a metodologia proposta. A comparação entre os resultados do PV Array e do MGNL mostrou que o MGNL oferece maior precisão na representação dos sistemas fotovoltaicos sob diferentes condições operacionais. Os resultados indicam que, apesar das limitações do bloco PV Array, metodologias alternativas como o uso do MGNL para obter os parâmetros iniciais do bloco podem melhorar significativamente a modelagem.


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  • This work investigates the limitations and challenges in modeling photovoltaic systems
    using the MATLAB/Simulink PV Array block, an essential tool for optimizing the efficiency and reliability of these systems. The PV Array block, although widely used, presents significant limitations, such as the need for precise parameters and difficulties in dynamically representing operational conditions, which compromises the accuracy of simulations. This study analyzes the variability of irradiance and ambient temperature, proposing methodologies to extract and treat I-V curves, and evaluating alternatives to the use of the PV Array block, such as Global Nonlinear Models (GNLM), which adjust their parameters according to environmental variations. Experiments were conducted using an experimental bench for I-V curve extraction, with treatment and analysis of the obtained data to validate the proposed methodology. The comparison between the results of the PV Array and the GNLM showed that the GNLM offers greater accuracy in representing photovoltaic systems under different operational conditions. The results indicate that, despite the limitations of the PV Array block, alternative methodologies such as the use of GNLM to parameterize the block can significantly improve modeling

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  • VITTÓRIA EMANOUELLA MARTINS SOARES DE ANDRADE CASTRO
  • AVALIAÇÃO DA UTILIZAÇÃO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS NO FORNECIMENTO DE SERVIÇOS ANCILARES PARA SUPORTE À OPERAÇÃO FRENTE À DISTÚRBIOS EM MICRORREDES.

  • Orientador : PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LUIZ CARLOS PEREIRA DA SILVA
  • MARCELO CABRAL CAVALCANTI
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • Data: 22/11/2024

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  • O presente trabalho aborda a utilização de veículos elétricos em microrredes com sistemas integrados compostos por recursos energéticos distribuídos (REDs) e cargas elétricas operando como uma única rede autônoma, em paralelismo ou ilhada da rede de distribuição. Quando desconectadas do sistema elétrico, as microrredes costumam operar fragilizadas, pois as fontes internas podem não apresentar os mesmos níveis de capacidade de fornecimento rápido de potência (inércia) e confiabilidade da rede elétrica interligada convencional. Nesse sentido, os REDs devem contribuir para a segurança da microrrede. Os veículos elétricos, quando dotados de tecnologias com possibilidade de exportação de energia para a rede – V2G (Vehicle to Grid) podem ser considerados um ativo natural de apoio em caso de perturbações. Assim, o trabalho proposto nesta dissertação aborda a utilização de veículos elétricos na prestação de serviços auxiliares de apoio à operação. As baterias dos veículos elétricos, quando habilitadas para operar em modo regulação e suporte à rede, podem ser utilizadas para auxiliar no fornecimento de potência, bem como suporte ao controle de tensão e frequência da microrrede, podendo substituir fontes poluidoras, como geradores a diesel. Os resultados da dissertação são obtidos considerando a estrutura de uma microrrede implantada em um Campus Universitário equipada com um sistema de armazenamento de energia por baterias (BESS – Battery Energy Storage System) de 1000kW/1290 kWh, geração a diese, geração solar fotovoltaica e conexão à rede de distribuição em 11,9 kV, à qual é adicionado o suporte de veículos elétricos e estações de recarga dotadas de tecnologia V2G. A operação em modo ilhado é habilitada mesmo durante a ocorrência de um curto-circuito (suporte do tipo auxílio para melhorar o desempenho das características de passagem por falhas). As análises indicam que é efetivo o suporte provido por VEs, em termos de auxílio à operação do BESS formador de rede, contribuindo para transições suaves e para manutenção dos requisitos de variação de frequência.


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  • This work addresses the use of electric vehicles in microgrids composed of distributed energy resources (DERs) and electrical loads operating as a single autonomous network, in parallel or “islanded” of the distribution network. When disconnected from the electrical system, microgrids are usually weakened, since internal sources may not have the same levels of inertia and reliability of the conventional interconnected electrical network. In this sense, when operating in island mode, DERs must contribute to the security of the micro-network. Electric vehicles, when equipped with technologies with the possibility of exporting power to the grid – V2G (Vehicle to Grid) can be a natural strategy to provide support in the event of disturbances. Thus, the work proposed in this article addresses the use of electric vehicles in providing ancillary services to support the operation. The batteries of electric vehicles, when enabled to operate in regulation mode and grid support, can be used to provide active power and support the microgrid voltage and frequency control, and can replace polluting sources, such as diesel generators. Based on the cell and converter model, control strategies are implemented. The control of bidirectional power converters is designed using the average model of non-linear circuits (DC/DC converter and AC/DC converter). The results are obtained considering the structure of a microgrid deployed in a university campus equipped with a Battery Energy Storage System (BESS) of 1000 kW/1290 kWh, diesel generators, photovoltaic solar generation, and connection to the distribution grid at 11.9 kV. The microgrid is supported by electric vehicles with charging stations equipped with Vehicle-to-Grid technology. The islanded operation mode is enabled even during a short-circuit occurrence, acting as auxiliary support to improve fault ride-through performance characteristics. The analyses indicate that the support provided by VEs is effective in terms of assisting the operation of the grid-forming BESS, contributing to smooth transitions and maintaining frequency variation requirements.

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  • VINÍCIUS LEAL TARRAGÔ
  • AVALIAÇÃO DA GEOMETRIA DE SISTEMAS DE ATERRAMENTO NA REDUÇÃO DO IMPACTO DE DESCARGAS ATMOSFÉRICAS.

  • Orientador : LAURO RODRIGO GOMES DA SILVA LOURENCO NOVO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SILVÉRIO VISACRO FILHO
  • ALEXANDER BARROS LIMA
  • FRANCISCO RODRIGUES SABINO JUNIOR
  • LAURO RODRIGO GOMES DA SILVA LOURENCO NOVO
  • Data: 06/12/2024

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  • O trabalho apresentado trata do comportamento e da modelagem de sistemas de aterramento frente a descargas atmosféricas, especialmente aquelas do tipo nuvem-solo. A pesquisa é focada na influência da geometria das malhas de aterramento e nos parâmetros que afetam a eficiência na dissipação de corrente, como a impedância de surto e a distribuição de potencial no solo.

    O estudo faz uso de simulações computacionais utilizando o software Ansys HFSS, que permite a modelagem detalhada de diferentes geometrias de aterramento e a análise de suas respostas a correntes impulsivas. As simulações consideram variados tamanhos de malhas e arranjos de hastes verticais, buscando identificar configurações que oferecem melhor proteção contra descargas atmosféricas.

    A análise de sensibilidade do domínio de simulação contribuiu para definir um modelo otimizado para esta, garantindo resultados precisos sem sobrecarregar o processamento computacional. Além disso, um software em linguagem Python foi desenvolvido e integrado ao Ansys HFSS para automatização dos modelos, extração dos resultados e pós-processamento.

    Os resultados indicam que malhas de aterramento com maior número de hastes verticais, bem como aquelas com hastes posicionadas em pontos estratégicos, apresentam desempenho superior em termos de dissipação de corrente.

    A pesquisa também destaca a importância de adaptar os modelos de solo em função da frequência dos sinais, visto que as descargas atmosféricas apresentam componentes de alta frequência que influenciam a propagação da corrente no solo. Com isso, foi possível desenvolver diretrizes que podem ser aplicadas ao projeto de sistemas de aterramento mais eficazes e seguros.


Teses
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  • JORGE ANTONIO DE ISASA ARAUJO
  • COPLANAR WAVEGUIDE SENSOR FOR DIMETHYL METHYLPHOSPHONATE GAS DETECTION AT MICROWAVE FREQUENCIES.

  • Orientador : MARCOS TAVARES DE MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FRANCISCO RODRIGUES SABINO JUNIOR
  • LEONARDO MORAIS DA SILVA
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • ZABDIEL BRITO BRITO
  • Data: 02/02/2024

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  • Este trabalho propõe o desenvolvimento de um sensor CPW de micro-ondas baseado em paládio para detecção do gás Metilfosfonato de dimetilo (DMMP), considerando sua importância para a segurança em contextos de guerra. O DMMP é um composto químico frequentemente utilizado na produção de agentes nervosos, tornando-se um alvo crítico para detecção em ambientes militares. O sensor foi fabricado por meio do método de spin coating e lift off, garantindo uma deposição uniforme da camada fina de paládio sobre um substrato planar. A interação entre o paládio e o DMMP resulta em mudanças nas propriedades dielétricas do sensor, que podem ser detectadas por meio de técnicas de micro-ondas. Essas variações foram então processadas e analisadas para identificar a presença do DMMP no ambiente. O sensor foi submetido a testes experimentais em um ambiente controlado, nos quais foram medidos os valores de S21. Em particular, o DMMP foi avaliado em uma concentração de 400 partes por milhão (ppm). Observou-se que a presença de DMMP causou alterações na atenuação do parâmetro S21, demonstrando a sensibilidade do sensor ao gás em questão. 


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  • This study proposes the development of a Palladium-based Coplanar Waveguide (CPW) microwave sensor for the detection of Dimethyl Methylphosphonate (DMMP) gas, considering its importance in warfare security contexts. DMMP is a chemical compound commonly used in the production of nerve agents, making it a critical target for detection in military environments. The sensor was fabricated using the spin coating and lift-off method, ensuring a uniform deposition of a thin palladium layer onto a planar substrate. The interaction between palladium and DMMP leads to changes in the dielectric properties of the sensor, which can be detected using microwave techniques. These variations were processed and analyzed to identify the presence of DMMP in the environment. The sensor underwent experimental testing in a controlled environment, where S21 values were measured. Specifically, DMMP was evaluated at a concentration of 400 parts per million (ppm). It was observed that the presence of DMMP caused changes in the attenuation of the S21 parameter, demonstrating the sensor's sensitivity to the target gas.

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  • VALDEMIR MANOEL DA SILVA JUNIOR
  • SENSORES MULTIPARÂMETROS UTILIZANDO EFEITOS DE RESSONÂNCIA DE MODO DISSIPATIVO E RESSONÂNCIA DE PLASMON DE SUPERFÍCIE EM FIBRAS ÓPTICAS DE PERFIL D.

  • Orientador : JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARIA THEREZA MIRANDA ROCCO GIRALDI
  • DIEGO JOSÉ RATIVA MILLAN
  • EDUARDO FONTANA
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • Data: 27/02/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • Esta Tese apresenta a proposta e caracterização de sensores a fibra óptica de perfil D utilizando os efeitos de Ressonância de Modo Dissipativo e Ressonância de Plasmon de Superfície utilizando o método de Reflexão Total Atenuada para medir parâmetros como corrosão e índice de refração através da variação da intensidade da luz transmitida após passagem pelo perfil D com um único comprimento de onda de baixa atenuação. O desempenho dos sensores é obtido através de simulações analíticas e numéricas que possuem concordância entre si e com resultados experimentais encontrados na literatura. Das modelagens dos elementos sensores, três são analíticas, todas baseadas nas equações de Fresnel, e duas são numéricas, obtidas utilizando o Método dos Elementos Finitos através do software COMSOL Multiphysics. A primeira modelagem analítica considera que a luz é um raio que tem ângulo de incidência definido dentro da fibra óptica, a segunda modelagem analítica considera que a luz possui uma distribuição de potência normal dentro da faixa de ângulos possível e a terceira modelagem analítica considera que a potência da luz se distribui na fibra óptica com um perfil gaussiano. A primeira modelagem numérica aproxima a luz na fibra óptica a um feixe de perfil gaussiano percorrendo por uma seção longitudinal perfil D, enquanto que a segunda modelagem utiliza uma seção transversal do perfil D para obter o índice de refração do modo efetivo da luz que passa pelo perfil D. São propostos onze dispositivos, em que quatro são sensores de corrosão, três são de índice de refração e quatro são combinações em cascata dos sensores, incluindo combinações que medem simultaneamente corrosão e índice de refração. Entre os sensores de corrosão, um utiliza o efeito de ressonância de plasmon de superfície e três utilizam o modo de ressonância dissipativo, enquanto que, para os sensores de índice de refração, um utiliza a ressonância de plasmon de superfície e dois utilizam o modo de ressonância dissipativo. Para cada sensor, é avaliado o comportamento da luz não polarizada e das polarizações transverso magnética e transverso elétrica separadamente. Os resultados mostram que, dependendo da demanda, é possível obter sensores com alta sensibilidade, larga faixa de operação, com ou sem ressonância. Os resultados evidenciam a potencialidade da utilização do efeito de ressonância de modo dissipativo, individualmente ou em conjunto com o efeito de ressonância de plasmon de superfície.

     


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  • This Thesis presents the proposal and characterization of D-shaped optical fiber sensors using the effects of Dissipative Mode Resonance and Surface Plasmon Resonance using the Attenuated Total Reflection method to measure parameters such as corrosion and refractive index through intensity variation. of the light transmitted after passing through D-Shaped with a single low-attenuation wavelength. The performance of the sensors is obtained through analytical and numerical simulations that are in agreement with each other and with experimental results found in the literature. Of the sensor element modeling, three are analytical, all based on Fresnel equations, and two are numerical, obtained using the Finite Element Method through the COMSOL Multiphysics software. The first analytical modeling considers that light is a ray that has a defined angle of incidence within the optical fiber, the second analytical modeling considers that the light has a normal power distribution within the possible range of angles and the third modeling considers that the power of light is distributed in the optical fiber with a Gaussian profile. The first numerical modeling approximates the light in the optical fiber to a beam with a Gaussian profile traveling through a longitudinal section of D-shaped, while the second modeling uses a cross section of D-Shaped to obtain the refractive index of the effective mode of the light that passes through the D-Shaped. Eleven devices are proposed, four of which are corrosion sensors, three are refractive index sensors and four are cascade combinations of sensors, including combinations that simultaneously measure corrosion and refractive index. Among the corrosion sensors, one uses the surface plasmon resonance effect and three use the dissipative resonance mode, while for the refractive index sensors, one uses the surface plasmon resonance and two use the dissipative resonance. For each sensor, the behavior of unpolarized light and transverse magnetic and transverse electrical polarizations is evaluated separately. The results show that, depending on demand, it is possible to obtain sensors with high sensitivity, wide operating range, with or without resonance. The results highlight the potential of using the resonance effect in a dissipative way, individually or together with the surface plasmon resonance effect.

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  • RAONI DE FREITAS GÓIS
  • PROPOSTAS DE CONFIGURAÇÕES TRANSDUTORAS PARA SENSORES EM FIBRA ÓPTICA OPERANDO EM MODO DE RETRORREFLEXÃO.

  • Orientador : EDUARDO FONTANA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDUARDO FONTANA
  • GUSTAVO OLIVEIRA CAVALCANTI
  • JOAO BATISTA ROSOLEM
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • Data: 29/02/2024

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  • Neste trabalho são investigadas duas configurações transdutoras para o desenvolvimento de sensores em fibra óptica que possam operar em modo de retrorreflexão. Na primeira configuração, investigam-se os potenciais ganhos na sensibilidade de sensores a fibra para detecção de interface entre líquidos imiscíveis, resultantes da adição de uma ou mais camadas de filmes finos a ponta sensora da fibra óptica. Em comparação com um sensor com uma interface transdutora de ponta de fibra clivada nua, a adição de filme de ouro apresentou a possibilidade de um ganho de sensibilidade de 13 vezes. Para uma interface transdutora com múltiplas camadas dielétricas, calculou-se um ganho de sensibilidade de 19,5 vezes. Em uma segunda configuração, investiga-se o emprego de grades de difração metalizadas, sob o efeito de Ressonância Plasmônica de Superfície (RPS), para a confecção de sensores a fibra acoplados em modo de retrorreflexão, os quais têm o potencial de atingir sensibilidades 25.000 vezes maiores que a de um sensor de ponta de fibra nua. Foi implementado um arranjo experimental com emprego de uma grade de alumínio acoplada à face clivada de uma fibra óptica. Com essa configuração, foram desenvolvidas diversos esquemas experimentais para aplicar o sistema sensor tanto na caracterização do espectro do efeito de RPS, quanto no seu emprego na determinação do ponto de orvalho ambiente.


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  • In this work, two transducer configurations are investigated for the development of optical fiber sensors capable of operating in retroreflection mode. In the first configuration, the potential gains in sensitivity of fiber sensors for detecting interfaces between immiscible liquids are explored by adding one or more layers of thin films to the tip of the optical fiber. In comparison with a bare tip fiber sensor, the deposition of a gold film can improve the sensitivity by 13-fold. A transducer interface with multiple dielectric layers, can improve the sensitivity by 19,5-fold. In a second configuration, the use of metalized diffraction gratings under the effect of Surface Plasmon Resonance (SPR) for the fabrication of fiber sensors coupled in retroreflection mode is investigated. This configuration has the potential to achieve sensitivities 25,000 times greater than that of a bare fiber tip sensor. An experimental arrangement was implemented using an aluminum grating coupled to the cleaved tip of an optical fiber. With this configuration, experimental schemes were developed to apply the sensor system in the SPR spectrum characterization and in the implementation of a sensor capable of determining the ambient dew point.

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  • LUCAS GALLINDO COSTA
  • DESENVOLVIMENTO DE TOMÓGRAFO POR MICRO-ONDAS PARA DIAGNÓSTICO DE CÂNCER DE MAMA.

  • Orientador : RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EMERY CLEITON CABRAL CORREIA LINS
  • FERNANDO JOSE RIBEIRO SALES
  • JOAO MARCELO XAVIER NATARIO TEIXEIRA
  • JOAO PAULO CERQUINHO CAJUEIRO
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • Data: 16/04/2024

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  • Câncer de mama é uma das principais causas de mortes entre mulheres. A sua taxa de mortalidade é diretamente proporcional ao estágio em que o tumor é detectado. Se detectado no seu estágio inicial, o seu índice de sobrevida de mais de 5 anos é superior a 90\%, sendo assim de extrema importância a detecção nos estágios iniciais da doença. Atualmente a mamografia por raios-X é considerada o padrão-ouro para o diagnóstico. Apesar de ser a técnica mais utilizada, ela tem alguns pontos negativos, como o desconforto para paciente, e a alta taxa de resultados falsos positivos e falso negativos, assim como os perigos da alta exposição a radiação. Diante das limitações das técnicas atuais, o imageamento por micro-ondas(sigla em inglês MWI) surge como uma modalidade complementar dado à sua alta sensibilidade de diagnóstico de câncer devido ao contraste entre as propriedades dielétricas entre o tecido saudável e o tecido canceroso na região de micro-ondas. Neste trabalho é apresentado um novo sistema de tomografia por micro-ondas, onde braços robóticos são utilizados para o posicionamento de antenas ao redor da mama da paciente utilizando imagens de câmeras de profundidade, resultando em uma maior flexibilidade e maior conforto para paciente. O sistema foi testado utilizando fantomas da mama, sendo capaz de efetuar o posicionamento das antenas detectar e localizar o tumor. Além disso foram demonstradas: a possibilidade de uso móvel deste sistema utilizando computadores de placa única de baixo custo para controle do sistema; a possibilidade de utilizar computação na nuvem para terceirizar partes computacionalmente pesadas do algoritmo de reconstrução da imagem; a obtenção e utilização de imagens em tempo real para tomada de decisão sobre o posicionamento das antenas.


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  • Breast cancer is one of the main causes of death amongst women. Its mortality ratio is directly proportional to the stage in which the tumor is detected. If detected in its early stage, the 5 years survival rate is above 90\%, making early detection of upmost importance. Currently X-Ray mammography is considered the gold standard for diagnosis. Despite being the most applied technique, X-Ray mammography has some drawbacks, like patient discomfort, high false positives and high false negatives rate, and high exposition to ionizing radiation. Due to the limitations of current techniques, microwave imaging has risen as a complementary imaging modality due to its high sensibility to cancer diagnoses due to the contrast between dielectric properties of heath tissue and tumorous tissue in the microwave region. In this work we present a new tomography system where robotic arms are used to position the antennas around the breast using information obtained from a depth camera, resulting in bigger flexibility and patient comfort. The system was tested using breast phantoms and was capable of detecting and locating the tumor. Beyond that it was demonstrated the possibility of mobile usage utilizing low-cost single board computers; the possibility of utilizing cloud computing to offset computationally heavy tasks; the possibility of the utilization of real-time imaging for decision making in regard to antenna positioning.

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  • PABLO LUIZ TABOSA DA SILVA
  • FLUTUAÇÃO DE POTÊNCIA DE ALTA FREQUÊNCIA EM PARQUES EÓLICOS: CARACTERIZAÇÃO E MITIGAÇÃO POR MEIO DE AGREGAÇÃO DE TURBINAS E SISTEMA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM BATERIA.

  • Orientador : PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DAVIDSON DA COSTA MARQUES
  • DOUGLAS CONTENTE PIMENTEL BARBOSA
  • MANOEL AFONSO DE CARVALHO JUNIOR
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • RICARDO FONSECA BUZO
  • RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • Data: 28/06/2024

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  • Este trabalho oferece uma revisão bibliográfica e caracterização das flutuações de alta frequência em medições reais de um parque eólico composto por 51 turbinas, das quais 36 são de tecnologia DFIG (do inglês, Doubly-Fed Induction Generator) e 15 são do tipo DD (do inglês, Direct Drive). A caracterização é realizada por meio da densidade do espectro de potência (do inglês, power spectral density - PSD), evidenciando a persistência das flutuações de alta frequência, em especial as np, apesar dos avanços tecnológicos das turbinas eólicas. Foi desenvolvida uma metodologia para investigar o potencial de redução dessas flutuações por meio da agregação de turbinas de diferentes tecnologias em diferentes quantidades, contudo, os resultados sugerem que não há diferença significativa na redução das flutuações, independentemente da composição do parque. Além disso, foi identificado um limite na quantidade de turbinas agregadas, presente em todas as composições testadas, para qual além deste limite não há impacto significativo na redução das flutuações de alta frequência. Para aprimorar a mitigação dessas flutuações, foi criada uma plataforma focada na redução das flutuações globais e de alta frequência. Demonstrou-se que é possível mitigar completamente as flutuações de alta frequência com um Sistema de Armazenamento de Energia em Baterias (do inglês, Battery Energy Storage System - BESS) dimensionado adequadamente e utilizando uma estratégia de suavização de potência baseada em médias móveis. A plataforma também auxiliou no dimensionamento do BESS, destacando a importância de ajustar a potência nominal e a faixa de suavização conforme a necessidade específica de mitigação das flutuações, seja eliminá-las no contexto global, np ou ambas.


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  • This work offers a bibliographic review and characterization of high-frequency fluctuations in measurements from a wind farm composed of 51 turbines, of which 36 are classified as DFIG (Doubly-Fed Induction Generator) and 15 are DD (Direct Drive) type. The characterization is performed using the power spectral density (PSD), highlighting the persistence of high-frequency fluctuations (such as np fluctuations), despite the technological advancements in wind turbines. A methodology was developed to investigate the potential reduction of these fluctuations through the aggregation of turbines of different technologies in various quantities. However, the results suggest that there is no significant difference in the reduction of fluctuations, regardless of the park's turbine composition. Additionally, a limit was identified in the number of aggregated turbines, present in all tested compositions, beyond which there is no significant impact on reducing high-frequency fluctuations. To further improve the mitigation of these fluctuations, a platform focused on reducing both global and high-frequency fluctuations was created. It was demonstrated that it is possible to mitigate high-frequency fluctuations with an appropriately sized Battery Energy Storage System (BESS) using a power smoothing strategy based on moving averages. The platform also assisted in the BESS sizing, highlighting the importance of adjusting the nominal power and smoothing range according to the specific mitigation needs, whether eliminating global, np fluctuations, or both.

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  • EDUARDO AUGUSTO OLIVEIRA BARBOSA
  • CONVERSOR SEPIC DE ALTO GANHO E ALTO RENDIMENTO COM TRANSFORMADOR DE TRÊS ENROLAMENTOS COM CARACTERÍSTICA INVERSA E COMPONENTES MAGNÉTICOS OTIMIZADOS .

  • Orientador : LEONARDO RODRIGUES LIMONGI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTÔNIO MANUEL SANTOS SPENCER ANDRADE
  • FABRICIO BRADASCHIA
  • FERNANDO LESSA TOFOLI
  • MÁRIO LÚCIO DA SILVA MARTINS
  • RAFAEL CAVALCANTI NETO
  • Data: 10/07/2024

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  • Diversas aplicações industriais e comerciais demandam conversão um estágio de alta elevação de tensão elétrica contínua. Recentemente, o crescimento da potência elétrica instalada na forma de energia solar fotovoltaica fomenta o estudo e desenvolvimento de conversores CC-CC, responsáveis por elevar a tensão dos módulos fotovoltaicos e realizar o seguimento do ponto de máxima potência destes. Dentre os possíveis modos de conectar os módulos fotovoltaicos à rede elétrica, o uso de conversores CC-CC para cada módulo individual mostra-se atrativa por possibilitar maior aproveitamento da potência gerada pelos módulos fotovoltaicos em situações de sombreamento parcial dos módulos. Conversores CC-CC tradicionais, como o Boost, são incapazes de promover a elevação de tensão requerida com alta eficiência, de forma que são propostas na literatura que diversas topologias avançadas de conversores CC-CC capazes de atingir alto ganho estático de tensão com alta eficiência. Este trabalho apresenta um conversor CC-CC baseado no conversor SEPIC, utilizando um transformador de três enrolamentos e circuito de grampeamento da tensão sobre o interruptor para conseguir elevado ganho de tensão empregando baixo número de componentes ao de alto esforço de tensão sobre o transformador e os diodos. Ao utilizar capacitores para remover a componente contínua da corrente que circula nos enrolamentos, o projeto do transformador é otimizado, retirando a necessidade de entreferro e diminuindo a quantidade de espiras nos enrolamentos. O ganho estático tensão elevado proporcionado pela célula de multiplicação de tensão resulta em esforço de tensão reduzido no interruptor e permite o uso de interruptores com baixa resistência de condução. Esses fatores, somados ao baixo número de diodos, resultam em uma topologia de alto ganho de tensão, alto rendimento e baixa complexidade. São descritas as etapas de operação do conversor e são desenvolvidas as expressões dos esforços de corrente e dos esforços tensão sobre seus componentes, condições para comutação suave dos diodos e operação no modo de condução contínua. A partir destas expressões são discutidas as diretrizes de projeto e feita a análise de perdas do conversor. Também é desenvolvido o modelo do conversor no domínio da frequência e utilizado no projeto do controlador da tensão de entrada. Um protótipo de 300 W é montado, a partir do qual são obtidas as formas de onda de corrente e tensão, os resultados em malha fechada da tensão de entrada e os resultados de eficiência do conversor. É alcançada a eficiência máxima de 96,8%. Por fim, o conversor proposto é comparado a outros conversores recém publicados na literatura.


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  • Many industrial and commercial applications demand a high dc voltage elevation stage. Recently, the growth of the installed electrical power in form of photovoltaic solar energy promotes the study and development of dc-dc converters, responsible for raising the voltage of the photovoltaic modules and to track their maximum power point. Among the possible means to connect the photovoltaic modules to the electrical grid, using a dc-dc converter each individual module seems attractive, as it enables better usage of the power generated by the modules in partial shading situations. Traditional dc-dc converters, i.e.: boost, are unable to achieve the needed high voltage gain with high efficiency, resulting in many advanced dc-dc converter topologies able to achieve high static voltage gain with high efficiency being proposed in the literature. This work presents a dc-dc converter based on the SEPIC converter, utilizing a three-winding transformer and a voltage clamping circuit on the switch to achieve high voltage gain with low component count at the cost of high voltage stress on the transformer and the diodes. By using capacitors to remove the dc component of the current circulating in its windings, the transformer design is optimized, removing the necessity of an air gap and reducing the amount of turns needed in its windings. The high static voltage gain provided by the voltage multiplier cell results in low voltage stress on the switch and enables the use of low voltage switches, which present low conduction resistance. These factors, combined to the low diode count, result in a high-gain, high-efficiency, low complexity and cost topology. The operation stages of the converter are described and the expressions for current and voltage stresses on the components, the conditions for soft switching on the diodes and operation in the continuous conduction mode are developed. From these expressions the converter design guidelines and loss analyses are discussed. The converter model in the frequency domain is also developed, which is used to design the input voltage controller. A 300 W prototype is assembled, from which the current and voltage waveforms, input voltage closed loop results and efficiency results are obtained. Maximum efficiency of 96,8% is achieved. Finally, the proposed converter is compared to other recently published converters in the literature.

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  • TÚLIO DE LIMA PEDROSA
  • EXPLORANDO NANOPARTÍCULAS METÁLICAS EM APLICAÇÕES TÉRMICAS BIOMÉDICAS.

  • Orientador : RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • CARLOS JACINTO DA SILVA
  • EDUARDO FONTANA
  • LUIS ARTURO GOMEZ MALAGON
  • PIERRE-FRANCOIS BREVET
  • Data: 29/07/2024

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  • As técnicas ópticas tornaram-se parte integrante do progresso das ciências biomédicas e diversas áreas da medicina como oncologia, fisioterapia, urologia, cardiologia e oftalmologia, onde sua utilização é amplamente conhecida para fins diagnósticos e terapêuticos. As propriedades físicas da luz podem ser amplamente aplicadas no desenvolvimento de ferramentas e estratégias que podem ser exploradas para tratar doenças e possibilitar novos testes clínicos, promovendo desenvolvimento tecnológico e bem-estar. Terapias ópticas como a Terapia Fotodinâmica (TFD) e a Terapia Fototérmica (TFT) têm sido amplamente empregadas no controle de infecções microbianas. A TFD combina o uso de agentes fotossensibilizantes e luz para induzir danos localizados e seletivos às células e tecidos, enquanto a TFT é baseada no aumento da temperatura mediada pela luz para induzir termicamente morte celular localizada. Nesse sentido, evidencia-se o crescimento do uso de nanopartículas metálicas (NPs) nos últimos anos, nos quais os fenômenos de ressonância de plasmon de superfície localizada são explorados como uma alternativa a fotossensibilizadores de alto desempenho, aumentando a absorção de luz e facilitando o controle da temperatura dos tecidos. Neste Projeto de Tese, é proposto o uso de nanobastões e nanoesferas plasmônicas de ouro otimizadas para aprimorar o desempenho de terapias ópticas relacionadas a fenômenos térmicos e investigar seus efeitos em diferentes aplicações. Resultados preliminares mostram que uma abordagem dependente do tamanho pode ser aplicada para maximizar o desempenho térmico de nanopartículas metálicas, o que pode levar à redução da dose de nanopartículas administrada em terapias térmicas.


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  • Optical techniques has become an integral part of progress in biomedical sciences and several areas of medicine such as oncology, physiotherapy, urology, cardiology and ophthalmology, where its use for diagnostic and therapeutic purposes is widely known. The physical properties of light can be extensively applied to developing tools and strategies that can be explored to treat diseases and advance point-of-care testing, promoting research and well being. Optical therapies such as Photodynamic Therapy (PDT) and Photothermal Therapy (PTT) has been employed in the control of microbial infections. PDT combines the use of photosensitizing agents and light to induce localized and selective damage to cells and tissues, while PTT is based on light-mediated temperature increase to thermally induce localized cell death. In this sense, the use of metallic nanoparticles (NPs) has emerged in recent years, in which the localized surface plasmon resonance (LSPR) phenomena is exploited as an alternative for high performance photosensitizers, enhancing light absorption and achieving tissue temperature control. In this Thesis Project, we propose the use of optimized plasmonic gold nanorods and nanospheres to enhance the performance of optical therapies related to thermal phenomena and investigate their effects in different applications. Previous results shows that a size-dependent approach can be applied to maximize the thermal performance of metallic nanoparticles, which may lead to the reduction of the nanoparticle dose administered in plasmon-based thermal therapies.

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  • HIGOR ÍTALO DOS SANTOS
  • ALGORITMOS NÃO SUPERVISIONADOS PARA A CONSTRUÇÃO DE AUTÔMATOS PROBABILÍSTICOS A PARTIR DE SÉRIES TEMPORAIS.

     

  • Orientador : DANIEL PEDRO BEZERRA CHAVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL PEDRO BEZERRA CHAVES
  • JULIANO BANDEIRA LIMA
  • RENATO MARIZ DE MORAES
  • RICARDO MENEZES CAMPELLO DE SOUZA
  • VITOR DE ANDRADE COUTINHO
  • Data: 11/09/2024

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  • Uma das metodologias de análise e modelagem de sistemas dinâmicos comumente estudadas envolve processos de simbolização de séries temporais associados a sistemas dinâmicos. Este método apresenta, dentre as principais vantagens, uma redução da complexidade dos dados ao capturar a dinâmica fundamental do sistema na forma de uma sequência simbólica, além de favorecer robustez a fatores externos, como ruídos. Uma técnica tradicionalmente adotada para análise destas sequências simbólicas consiste no emprego de Autômatos Probabilísticos de Estados Finitos (PFSA, Probabilistic Finite State Automata), uma abordagem estruturada capaz de representar a dinâmica discreta da sequência simbólica. Há diversas aplicações possíveis para esses PFSAs, dentre as quais a composição de algoritmos de controle e técnicas de detecção de falha. Este trabalho propõe dois novos algoritmos para determinação de PFSAs relacionados a um sistema dinâmico a partir de uma realização suficientemente longa de uma série simbólica. Empregando-se aprendizado de máquina e minimização de grafos, obtém-se PFSAs reduzidos e fiéis à dinâmica discreta proveniente do sistema original. Para validar os algoritmos propostos, sequências simbólicas associadas a sistemas dinâmicos simulados e experimentais são modeladas. Demonstra-se que os algoritmos propostos geram PFSAs com menor número de estados que outras propostas da literatura, sem comprometer os quantificadores de aderência entre as sequências modeladas e aquelas geradas pelos PFSAs. Adicionalmente, é explorado o uso do vetor de ocupação de estados de um PFSA como dados de treinamento para redes neurais, visando classificar diversos tipos de falhas em uma máquina elétrica rotativa, demonstrando a eficácia e aplicabilidade dessa abordagem nesse tipo de tarefa.


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  • One of the commonly studied methodologies for the analysis and modeling of dynamic systems involves the symbolization processes of time series associated with dynamic systems. This method presents, among its main advantages, a reduction in data complexity by capturing the fundamental dynamics of the system in the form of a symbolic sequence, as well as increased robustness to external factors such as noise. A traditionally adopted technique for the analysis of these symbolic sequences consists of the use of Probabilistic Finite State Automata (PFSA), a structured approach capable of representing the discrete dynamics of the symbolic sequence. There are various possible applications for these PFSAs, including the composition of control algorithms and fault detection techniques. This work proposes two new algorithms for determining PFSAs related to a dynamic system from a sufficiently long realization of a symbolic series. By employing machine learning and graph minimization, reduced PFSAs faithful to the discrete dynamics of the original system are obtained. To validate the proposed algorithms, symbolic sequences associated with simulated and experimental dynamic systems are modeled. It is demonstrated that the proposed algorithms generate PFSAs with fewer states than other proposals in the literature, without compromising the quantifiers of adherence between the modeled sequences and those generated by the PFSAs. Additionally, the use of the state occupancy vector of a PFSA as training data for neural networks is explored, aiming to classify various types of faults in a rotating electrical machine, demonstrating the efficacy and applicability of this approach in such tasks.

9
  • ALEX FERREIRA FALCAO MOREIRA
  • RECONFIGURAÇÃO DINÂMICA E MULTI-PERÍODO DE REDE DE DISTRIBUIÇÃO CONSIDERANDO RECURSOS ENERGÉTICOS DISTRIBUÍDOS.

  • Orientador : RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BENEMAR ALENCAR DE SOUZA
  • GERALDO LEITE TORRES
  • JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • MANOEL AFONSO DE CARVALHO JUNIOR
  • OTONI NOBREGA NETO
  • Data: 26/12/2024
    Ata de defesa assinada:

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  • Esta tese apresenta uma metodologia para o planejamento operacional sazonal de redes de distribuição, inserida no contexto das redes elétricas inteligentes. O foco principal é a reconfiguração dinâmica e multi-período, considerando a integração de recursos energéticos distribuídos (RED), como sistemas de armazenamento em baterias (BESS), geração fotovoltaica e eólica. O objetivo é reduzir as perdas técnicas da rede, respeitando restrições operacionais, tais como: limites de tensão nos barramentos, carregamento dos alimentadores e a frequência de chaveamentos durante o período analisado. A abordagem proposta, compreende duas etapas principais: a alocação e o dimensionamento dos RED, e a reconfiguração dinâmica e multi-período da rede. No tocante à reconfiguração, foi desenvolvido um algoritmo inovador, denominado MP-ISBPSO, que introduz a divisão multi-período na reconfiguração da rede, permitindo uma redução significativa no número de chaveamentos. O desempenho do MP-ISBPSO foi avaliado por meio de sua aplicação em uma rede de 33 barras, e os resultados dessa aplicação foram comparados a métodos estabelecidos, como o IS-BPSO, que realiza reconfiguração horária, e a busca exaustiva. Os resultados confirmam a eficácia do método proposto, que alcança soluções equilibradas em termos de perdas técnicas e parâmetros que refletem a qualidade de energia, comparáveis às obtidas pelos métodos de referência, mas com uma redução significativa na quantidade de chaveamentos. Essa característica torna o MP-ISBPSO mais adequado para implementação prática, ao buscar soluções viáveis que conciliem desempenho técnico e operacional. Dessa forma, a metodologia proposta contribui para avanços no planejamento operacional de redes inteligentes, oferecendo soluções mais equilibradas e aplicáveis para a operação de redes de distribuição sem perdas de eficiência.


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  • This thesis presents a methodology for seasonal operational planning of distribution networks, within the context of smart grids. The main focus is on dynamic and multi-period reconfiguration, considering the integration of distributed energy resources (DER), such as battery energy storage systems (BESS), photovoltaic generation, and wind power. The objective is to reduce the technical losses of the network while respecting operational constraints, such as voltage limits at buses, feeder loading limits, and the frequency of switching operations over the analyzed period. The proposed approach, consists of two main stages: the allocation and sizing of DER, and the dynamic and multi-period reconfiguration of the network. Regarding reconfiguration, an innovative algorithm named MP-ISBPSO was developed, introducing multi-period division into network reconfiguration to significantly reduce the number of switching operations. The performance of MP-ISBPSO was evaluated through its application to a 33-bus network, and the results of this application were compared to established methods such as IS-BPSO, which performs hourly reconfiguration, and exhaustive search. The results confirm the effectiveness of the proposed method, which achieves balanced solutions in terms of technical losses and power quality parameters, comparable to those obtained by reference methods, but with a significant reduction in the number of switching operations. This characteristic makes MP-ISBPSO more suitable for practical implementation, as it seeks viable solutions that balance technical and operational performance. Thus, the proposed methodology contributes to advancements in the operational planning of smart grids, offering more balanced and applicable solutions for the operation of distribution networks without efficiency losses.

2023
Dissertações
1
  • VALDEMAR MOREIRA CAVALCANTE JUNIOR
  • PROPOSTA E ANÁLISE COMPARATIVA DE MODELOS GLOBAIS NÃO-LINEARES PARA MÓDULOS FOTOVOLTAICOS .

  • Orientador : FABRICIO BRADASCHIA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EMERSON ALVES DA SILVA
  • FABRICIO BRADASCHIA
  • LEANDRO MICHELS
  • MARCELO CABRAL CAVALCANTI
  • Data: 24/02/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • O cenário da energia solar está em crescente evolução e conquistando cada vez mais espaço dentre as fontes de energia. Dessa forma, o surgimento de novas tecnologias está mais presente, trazendo um aumento na eficiência e uma diminuiçãodos custos, viabilizando investimentos no setor solar. Como consequência, as pesquisas nessa área estão em expansão, principalmente aquelas voltadas para a determinação de modelos matemáticos para células e/ou módulos. Portanto, é essencial que esses modelos sejam precisos e capazes de se adaptar às mudanças de temperatura e irradiância, pois os modelos clássicos são simplificados e representam apenas o comportamento de uma curva I-V por vez, sendo necessário gerar um novo modelo para cada novo ponto de operação. No que lhe concerne, os modelos são utilizados para várias finalidades como, por exemplo, no monitoramento de desempenho do sistema FV, na previsão de geração de energia, no desenvolvimento de novos algoritmos de seguimento do ponto de potência máxima e na investigação de possíveis defeitos em células fotovoltaicas. Portanto, o principal objetivo deste trabalho consiste em estudar modelos globais não-lineares baseados no circuito elétrico de um diodo para módulos FV e realizar um estudo comparativo de precisão ainda não apresentado na literatura. Deste modo, os modelos são avaliados pela capacidade de gerar curvas I-V’s e P-V’saderentes às curvas experimentais, utilizando, como parâmetro de aderência, o Erro Médio Absoluto em Potência Normalizado (EMAPN) para as tecnologias de silício monocristalino, silício policristalino e telureto de cádmio. Além disso, no desenvolvimento deste estudo comparativo,foi possível propor um novo modelo global não-linear para o circuito elétrico equivalente de um diodo, válido em toda faixa de irradiância e temperatura desejada, possibilitando a obtenção de curvas características mais próximas do comportamento real dos módulos avaliados.Os resultados obtidos permitem realizar uma avaliação assertiva sobre quais modelos e métodos de otimização possuem uma melhor capacidade de representação de módulos de silício monocristalino, policristalino e de telureto de cádmio, ou seja, são os mais adequados para as mais diversas aplicações. 


  • Mostrar Abstract
  • The solar energy scenario is evolving and gaining more and more space among the energy sources. Thus, the emergence of new technologies is more present, bringing the increase in efficiency and decrease of costs, making investment in the solar sector more viable. As a result, research in this area has been expanding, especially focusing increating mathematical models for cells and/or modules. Therefore, it is essential that these models are accurate and able to adapt to different temperature and irradiance conditions, since the classical models are simplified and represent only one I-V curveat a time, being necessary to estimate a new model for each operating condition. As far as it is concerned, good mathematical models could be applied in estimating the PV system performance, forecasting power generation, developing of new maximum power point tracking (MPPT) algorithms and investigating defects in PV cells, modules and connections. Therefore, the main objective of this work is to study global nonlinear models based on the electric circuit of a single diode model for PV modules and to perform a novel comparative study of their accuracy. Thus, the models will be evaluated for their ability to estimate the behaviors of I-V's and P-V's curves in comparison with experimental curves, using as figure of merit the Normalized Mean Absolute Error in Power for monocrystalline silicon, polycrystalline silicon and cadmium telluride technologies. While carrying out this study, a novel global nonlinear mathematical model was proposed, valid for a desirable range of irradiance and temperature conditions, having superior results when compared with other already published models.The comparative results enabled an assertive assessment of which models and optimization methods have the best capacity to represent monocrystalline silicon, polycrystalline silicon and cadmium telluride modules, i.e. the most suitable models to be used in many possible applications. 

2
  • VICTOR HUGO DE AGUIAR ARRUDA
  • DETECÇÃO DE POROS EM IMAGENS DE VESTÍGIOS DE IMPRESSÃO DIGITAL POR MEIO DE REDES NEURAIS CONVOLUCIONAIS .

  • Orientador : JULIANO BANDEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FRANCISCO MADEIRO BERNARDINO JUNIOR
  • JOAO MARCELO XAVIER NATARIO TEIXEIRA
  • JULIANO BANDEIRA LIMA
  • Data: 25/04/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Neste trabalhosãoapresentadas e avaliadastécnicas que permitem a detecção de porosem 

    imagens de impressão digital. A primeiraavaliação se emrelaçãoàstécnicas que utilizam ferramentas de filtragem para o processo de extração e detecção dos poros. A segunda, porsuavez, se emrelação à utilização de redes neuraisconvolucionais (CNN), com enfoquevoltadoaoaprendizado de máquina. Traçadososcomparativos entre as técnicasexistentes, foiimplementada a topologia de rede neural propostapor (ALI; WANG; AHMAD, 2021). Aescolhafoimotivadapelofato do métodoemquestãogarantirosmelhoresresultadoscomparativamenteaos outros, levando-se emconta as métricasdenominadas de taxa de detecção real (RT) e taxa de detecção falsa (RF). Tais métricassãoutilizadas para verificação da taxa de acerto e de erro da rede aodetectar um conjunto de poronaimagem de impressão digital, respectivamente. Como é de se imaginar, a rede serámelhorquantomaior for a taxa de acerto e menor a taxa de erro. Uma contribuição que também é significativanessetrabalho, e que merece ser destacada, consistenautilização de um banco de dados, que atéonde se sabe naliteraturapesquisada, nuncafoiutilizado. Esse banco é compostopor imagens reais obtidasatravés de fotografiaforenseem imagens de vestígios de impressão digital encontradosem local de crime. Alémdisso, essadissertaçãoinovou no sentido de utilizar imagens com resolução de 96 dpi, que é muitomaisbaixa que a resolução de 800 dpi estabalecidacomomínima para esseprocesso de detecção de poros. Para fechar as contribuições, de se falartambém da implementação do Grid Search como ferramenta de escolha e otimização dos hiperparâmetros da rede neural. Osresultadosobtidosapós as implementaçõesanteriormentedescritasrevelam que, inicialmente, as taxas de RT e de RFnão se mostrarammuitosatisfatórias, atingindovalores de RF = 77,9% e RT = 56,5%, respectivamente. Entretanto, quandorealizadaaanáliseemjanelas, que corresponde à restrição da análiseemsubimagens da imagem principal, foiverificado que, para umajanela de tamanho 500 × 200, o algoritmoapresentouresultadossatisfatórios, atingindo um RT de 80,8% e um RF de 4,5%, respectivamente. Ao final de tudo, a utilização do métodopropostonessetrabalhomostrou-se eficiente no processo de detecção de porosem imagens de vestígios de impressão digital encontradosem local de crime, fato que contribuisignificativamente no âmbito das CiênciasForenses, que com a marcação de no mínimo 20 poros é possívelindividualizarumapessoa. 


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  • In this work, techniques that allow the detection of pores in fingerprint images are presented and evaluated. The first evaluation takes place in relation to the techniques that use filtering tools for the pore extraction and detection process. The second, in turn, concerns the use of convolutional neural networks (CNN), with a focus on machine learning. After comparing the existing techniques, the neural network topology proposed by (ALI; WANG; AHMAD, 2021) was implemented. The choice was motivated by the fact that the method in question guarantees the best results compared to the others, taking into account the metrics called true detection rate (RT) and false detection rate (RF). Such metrics are used to verify the success and error rate of the network when detecting a set of pores in the fingerprint image, respectively. As you can imagine, the network will be better the higher the hit rate and the lower the error rate. A contribution that is also significant in this work, and that deserves to be highlighted, is the use of a database, which, as far as is known in the researched literature, has never been used. This database is composed of real images obtained through forensic photography on images of fin- gerprint traces found at a crime scene. In addition, this master’s thesis innovated in the sense of using images with a resolution of 96 dpi, which is much lower than the resolution of 800 dpi established as a minimum for this pore detection process. To finalize the contributions, we must also talk about the implementation of Grid Search as a tool for choosing and optimizing neural network hyperparameters. The results obtained after the previously described implementations reveal that, initially, the rates of RTand RFwere not very satisfactory, reaching values of RF= 77,9% and RT= 56,5%, respectively. However, when the window analysis was performed, which corresponds to the restriction of the analysis on subimages of the main image, it was verified that, for a window of size 500 × 200, the algorithm presented satisfactory results, reaching a RTof 80,8% and an RFof 4,5%, respectively. In the end, the use of the method proposed in this work proved to be efficient in the process of detecting pores in images of traces of fingerprints found at a crime scene, a fact that contributes significantly in the field of Forensic Sciences, since with the marking from a minimum of 20 pores it is possible to individualize a person. 

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  • DANIEL FELIPE LINS CABRAL DE MELO
  • ARRANJO DE ANTENAS LOG-PERIÓDICAS PARA APLICAÇÕES EM DIRECIONAMENTO DE FEIXE DE RADIAÇÃO .

  • Orientador : MARCOS TAVARES DE MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO JERONIMO BELFORT DE OLIVEIRA
  • LAURO RODRIGO GOMES DA SILVA LOURENCO NOVO
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • Data: 23/06/2023

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  • Este trabalho apresenta os objetivos, métodos e resultados de um arranjo colinear de antenas para uso em circuitos formadores de feixe de sistemas de antenas inteligentes chaveados que operem em uma frequência central de 5 GHz. Consiste no design de antenas log-periódicas formadas por dipolos lineares e, a partir delas, de um arranjo de antenas capaz de direcionar seu feixe de radiação de modo otimizado com alto ganho em uma larga faixa cobertura angular dependendo das excitações complexas de suas antenas. A fim de verificar a capacidade de operação de cobertura angular e diretividade das características de radiação do arranjo, são realizadas otimizações pelo método PSO no arranjo simulado. A partir das otimizações, obtém-se conjuntos de excitações complexas capazes de direcionar seu feixe de forma aprimorada para direções pré-selecionadas. Para testar o arranjo de antenas, faz-se uso de um divisor de potência e de linhas de transmissão fabricadas com características de perdas por inserção equivalentes aos valores de defasagens de sinal obtidos pela otimização. Essas linhas de transmissão são utilizadas como defasadores para excitar o arranjo de antenas de modo devido. Os resultados das respostas de radiação otimizadas do arranjo de antenas simulados são comparados com os seus valores medidos. 


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  • This work presents the goals, methods and results of a collinear antenna array to be applied in beamforming circuits of switched beam smart antenna systems that operateat a central frequency of 5 GHz. It consists in the design of log-periodic antennas formed by linear dipoles and, by using them, in anantenna array capable of directing its radiation beam by optimization with high gain in na angular coverage wide range depending on the complex excitations of its antennas. In order to verify the angular coverage operating capacity and directivity of the array radiation characteristics, optimizations are performed by the PSO method in the simulated array. From theses optimizations, complex excitations sets that are capable of directing their beam in an improved way to pre-selected targets are obtained. To test the antenna array, it is used a power divider and transmition lines with insertion loss characteristics that are equivalenttothevaluesobtainedbytheoptimization. Thesetransmissionlines are used as phaseshiftersto excite the antenna array accordingly. The results of the optimized radiation responses of the simulated antenna array are compared with their measured values. 

     

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  • CELDO SOUZA DA SILVEIRA
  • SEGURANÇA NA COMUNICAÇÃO ADS-B: AVALIAÇÃO DE CIFRAS DE BLOCO LIGHTWEIGHT NUM AMBIENTE DE PRESERVAÇÃO DE FORMATO.

  • Orientador : JOSE RODRIGUES DE OLIVEIRA NETO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE RODRIGUES DE OLIVEIRA NETO
  • DANIEL PEDRO BEZERRA CHAVES
  • VITOR DE ANDRADE COUTINHO
  • Data: 28/07/2023

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  • Neste trabalho, apresenta-se um estudo referente às vulnerabilidades da comunicação ADS-B (Automatic Dependent Surveillance – Broadcast), considerando sobretudo, os riscos à segurança operacional. Essa tecnologia foi desenvolvida para transmitir informações de vigilância, ou seja, dados relativos a posição, altimetria e velocidade, a partir dos aviônicos da própria aeronave, sendo uma evolução aos radares. Desenvolve-se uma solução de criptografia para essa comunicação com a utilização da cifragem com preservação de formato, avaliando-se também o emprego de cifras de bloco simétricas utilizadas em ambiente lightweight, como a Internet das coisas, com o objetivo de obter melhor desempenho computacional em soluções com sistemas embarcados. Observa-se que tais cifras, quando utilizadas como função pseudoaleatória, mantêm elevado valor de entropia com baixo custo computacional atendendo aos níveis de  segurança desejados. Relaciona-se esse estudo com pesquisas semelhantes com o objetivo de confrontar as diferentes abordagens e complementar os estudos. Por fim, analisa-se o desempenho computacional obtido com a solução proposta processando dados reais de aeronaves em fase de pouso e decolagem do Aeroporto Internacional do Recife/Guararapes - Gilberto Freyre, sediado em Recife/PE.


  • Mostrar Abstract
  • In this work, a study is presented regarding the vulnerabilities of ADS-B communication (Automatic Dependent Surveillance – Broadcast), considering above all the risks to operational security. This technology was developed to transmit surveillance information, that is, data related to position, altimetry and speed, from the avionics of the aircraft itself, being an evolution to radars. An encryption solution is developed for this communication using format-preserving encryption, also assessing the use of symmetric block ciphers used in a lightweight environment, such as the Internet of Things, in order to obtain better computational performance. in solutions with embedded systems. It is observed that such ciphers, when used as a pseudorandom function, maintain a high entropy value with low computational cost, meeting the desired security levels. This study is related to similar research with the objective of confronting the different approaches and complementing the studies. Finally, the computational performance obtained with the proposed solution is analyzed by processing real data from aircraft in the landing and takeoff phase at the International Airport of Recife/Guararapes - Gilberto Freyre, based in Recife/PE.

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  • DAVI CARVALHO MORENO DE ALMEIDA
  • TÉCNICAS PARA GERAÇÃO DE NÚMEROS PSEUDOALEATÓRIOS E AUTENTICAÇÃO EM CAMADA FÍSICA UTILIZANDO SEQUÊNCIAS CAÓTICAS.

  • Orientador : DANIEL PEDRO BEZERRA CHAVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL PEDRO BEZERRA CHAVES
  • JOAO VICTOR DE CARVALHO EVANGELISTA
  • RICARDO MENEZES CAMPELLO DE SOUZA
  • Data: 28/07/2023

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  • Com o avanço das tecnologias de comunicação e o aumento do volume de dados transmitidos, a segurança da informação é uma preocupação fundamental em diversos setores. Esta dissertação apresenta contribuições em duas áreas de segurança da informação: geradores de números pseudoaleatórios (PRNGs, Pseudorandom Number Generators) e autenticação em camada física (PLA, Physical Layer Authentication). Inicialmente, duas novas técnicas de PRNGs são propostas, a primeira é baseada no mapa de Arnold aplicado a anéis de inteiros do tipo Z2m, enquanto a segunda é um PRNG baseado em q-Análogos sobre corpos finitos. Ambos são comparados com algoritmos existentes na literatura, utilizando métricas de análise estatística e de implementação em hardware. Além disso, é proposto um novo algoritmo de geração de códigos de autenticação, chamados de tags, para sistemas de PLA, baseado em sequências caóticas discretizadas, e é realizada uma comparação com métodos existentes na literatura, utilizando métricas baseadas em teoria da informação. A dissertação também analisa a informação que um usuário malicioso tem da chave secreta utilizada no sistema de PLA ao interceptar múltiplos pares legítimos de mensagem e tags, considerando o algoritmo proposto para geração da tag.


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  • With the advancement of communication technologies and the increase in transmitted data volume, information security has become a fundamental concern in various sectors. This dissertation addresses the challenges associated with two areas of information security: the development of reliable Pseudorandom Number Generators (PRNGs) and the generation of tags for Physical Layer Authentication (PLA) systems. The dissertation presents three algorithms developed to contribute to these specific fields. The first algorithm presented is a PRNG based on the Arnold Map applied to integer rings of the type Z2m, while the second algorithm is a PRNG based on q-Analogs over finite fields. Both are compared with existing algorithms in the literature, using metrics of statistical analysis and hardware implementation. Additionally, a new tag generation algorithm for PLA systems is proposed, based on discretized chaotic sequences, and a comparison is made with existing methods in the literature using information theory-based metrics. The dissertation also analyzes the information that a malicious user has about the secret key used in the PLA system when intercepting multiple legitimate message and tag pairs, considering the proposed tag generation algorithm.

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  • ERICLES MAURICIO BARBOSA
  • AVALIAÇÃO DO USO DE CORRENTES DE 25 kHz NA  MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO DE  MALHAS DE SUBESTAÇÕES.

  • Orientador : FABRICIO BRADASCHIA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • LAURO RODRIGO GOMES DA SILVA LOURENCO NOVO
  • ALEXANDER BARROS LIMA
  • CARLOS ERMÍDIO FERREIRA CAETANO
  • Data: 31/07/2023

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  • A conexão dos cabos para-raios das linhas de transmissão às malhas de  aterramento das subestações representa um caminho de desvio para a corrente injetada pelo  equipamento de medição durante as medições de resistência de aterramento. A solução, nesses casos, seria desconectar os cabos para realizar a medição. No entanto, isso nem  sempre é possível, o que leva a necessidade de se adotar outras estratégias, como o uso de  terrômetros de alta frequência. Esses terrômetros promovem o desacoplamento dos cabos  para-raios devido ao aumento da impedância dos cabos estar associada a alta frequência.  Nesse sentido, a frequência de 25 kHz se apresenta como uma possível solução parar uso  nas medições em subestações, porém ainda são poucos são os trabalhos que avaliam os  efeitos dessa frequência nesta aplicação. Além disso, não existem padrões normativos que  estabelecem critérios para o uso de equipamentos de alta frequência nessas instalações. Este  trabalho está inserido nesse contexto, sendo apresentada uma avaliação de alguns dos efeitos  que o uso da alta frequência ter em arranjos tipicamente utilizados em medições da  resistência de aterramento de subestações. Foi, então, desenvolvido um estudo onde se avalia a resposta de malhas reticuladas a correntes de 100 Hz e 25 kHz em termos de sua impedância, assim como em relação a ocorrência do acoplamento entre os circuitos de tensão-corrente e a corrente que sobe pelo para-raios. Nas simulações, foram consideradasmalhas de dimensões bastante variadas, assim como solos em uma ampla faixa de resistividade. As análises indicaram existir condições em que os resultados podem apresentar  diferenças bastante significativas.


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  • The connection of transmission lines overhead ground wires to the grounding  grids of substations represents a division path for the current injected by the measurement  equipment during grounding resistance measurements. The solution in these cases would be  to disconnect the wires to perform the measurement. However, this is not always possible,  leading to the need to adopt other strategies, such as using high-frequency earth meters.  These earth meters promote the decoupling of the ground wires due to the increased  impedance associated with high frequency. In this regard, the frequency of 25 kHz emerges  as a possible solution for use in substation measurements. However, there are still few  studies that evaluate the effects of this frequency in this application. Furthermore, there are  no regulatory standards that establish criteria for the use of high-frequency equipment in  these installations. This master thesis is inserted in this context, presenting an evaluation of  some of the effects that the use of high frequency can have on arrangements typically used  in substation grounding resistance measurements. A study was conducted to assess the  response of ground grids to currents of 100 Hz and 25 kHz in terms of their impedance, as  well as the occurrence of coupling between the voltage-current circuits and the current that flows through the ground wires. The simulations considered grids of varying dimensions and  soils with a wide range of resistivity. The analyses indicated that there are conditions in  which the results can present significant differences.

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  • THALES HENRIQUE CASTRO DE BARROS
  • SENSOR À FIBRA ÓPTICA COM PERFIL D PARA INDÚSTRIA DE ÓLEO E GÁS.

  • Orientador : JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • WALTER MARGULIS
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • Data: 28/08/2023

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  • O presente trabalho aborda o desenvolvimento de dispositivos sensores à base de fibras ópticas com perfil D, aplicando-os como soluções para diferentes problemas enfrentados pela indústria de óleo e gás. São apresentados os processos utilizados na fabricação e caracterização dos dispositivos, bem como os resultados obtidos a partir da construção de um modelo computacional. Uma breve discussão sobre as divergências encontradas entre o modelo numérico e os resultados experimentais também é apresentada, com enfoque no efeito da rugosidade da superfície do perfil D sobre a resposta do dispositivo. Foram utilizadas duas tecnologias diferentes de fibras ópticas: as fibras ópticas plásticas (POF) e as fibras ópticas monomodo (SMF). As particularidades relacionadas a cada tipo de fibra óptica também são descritas, bem como os parâmetros operacionais de cada um dos dispositivos produzidos como a sensibilidade e a resolução. Foram explorados cenários diversos como a adulteração de combustíveis, a detecção de vazamentos em dutos, o controle de nível e o gerenciamento do uso de fertilizantes. Do ponto de vista da adulteração, os sensores foram utilizados em testes envolvendo a adulteração do diesel com querosene, do etanol com água e da gasolina com etanol, englobando um amplo espectro de possibilidades, demonstrando a versatilidade do sensor. No contexto da detecção de vazamentos, foram utilizados sensores em série espacialmente localizados através do emprego de reflectometria óptica no domínio do tempo. Os resultados obtidos mostraram uma alta sensibilidade para detecções de materiais com alto índice de refração, tornando a solução especialmente viável para detecção de vazamentos de óleo em dutos. Por fim, a utilização do sensor no gerenciamento de fertilizantes foi abordada do ponto de vista computacional, onde também foi explorada a influência dos parâmetros geométricos na resposta dos dispositivos. Os resultados obtidos mostraram que os sensores baseados em fibras ópticas com perfil D têm grande potencial para as aplicações propostas, embora tenham sido pouco exploradas na literatura.


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  • This study addresses the development of sensor devices based on D-shaped optical fibers, applying them as solutions to different problems faced by the oil and gas industry. The processes used in the fabrication and characterization of the devices are presented, as well as the results obtained from the construction of a computational model. A brief discussion on the divergences found between the numerical model and the experimental results is also presented, focusing on the effect of surface roughness of the D-profile on the device response. Two different optical fiber technologies were used: plastic optical fibers (POF) and single-mode optical fibers (SMF). The particularities related to each type of optical fiber are also described, as well as the operating parameters of each of the devices produced, such as sensitivity and resolution. Various scenarios were explored, such as adulteration of fuels, detection of leaks in pipelines, level control and management of fertilizer use. From the point of view of adulteration, the sensors were used in tests involving the adulteration of diesel with kerosene, ethanol with water and gasoline with ethanol, encompassing a wide spectrum of possibilities, demonstrating the versatility of the sensor. In the context of leak detection, serial sensors spatially located through the use of time domain optical reflectometry were used. The results obtained showed a high sensitivity for detecting materials with a high refractive index, making the solution especially viable for detecting oil leaks in pipelines. Finally, the use of the sensor in fertilizer management was approached from a computational point of view, where the influence of geometric parameters on the response of the devices was also explored. The obtained results showed that sensors based on D-shaped optical fibers have great potential for the proposed applications, although they have been little explored in the literature.

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  • FELIPE DIÓGENES DE MENDONCA
  • AUTOMATIZAÇÃO DOS PROCESSOS DE GRADUAÇÃO E COORDENAÇÃO DAS FUNÇÕES DE PROTEÇÃO DE SOBRECORRENTE.

  • Orientador : RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JEYDSON LOPES DA SILVA
  • MANOEL AFONSO DE CARVALHO JUNIOR
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • ROBERTO FELICIANO DIAS FILHO
  • Data: 15/09/2023

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  • Realizar um estudo de graduação e seletividade da proteção de um sistema elétrico, garantindo sua coordenação, é uma tarefa fundamental para a manutenção do atendimento a carga e para redução dos danos a equipamentos e pessoas. Este estudo, no entanto, demanda um elevado tempo das empresas de engenharia, principalmente a etapa de aquisição de dados para realização da graduação e a etapa de coordenação.

    O processo de coordenação envolve uma análise minuciosa dos pares de relés relevantes para a problemática e sua classificação como proteção principal ou de retaguarda em cada defeito. Neste ponto, assim como para definição dos ajustes dos relés de proteção, é necessário que o engenheiro esteja munido das correntes presentes no sistema analisado para diversos tipos de defeitos e contemplando diversas contingências no sistema. Com a finalidade de levantar essas correntes de curtos-circuitos para um determinado sistema, incluindo os valores de contribuições dos equipamentos adjacentes, é desenvolvido um programa em python que faz interface com o ANAFAS, software amplamente utilizado no sistema elétrico brasileiro. Esse programa, associado a uma ferramenta computacional para coordenação automática da proteção de relés de sobrecorrente, independentemente de sua direcionalidade, desenvolvida em VBA, diminuí de forma significativa o tempo gasto na execução de um estudo de graduação.

    O programa de coordenação automática, o qual se destaca positivamente em relação aos demais métodos já existentes, utiliza métodos de otimização e busca minimizar o tempo de atuação dos relés mais próximos a falta mantendo os critérios de seletividade e sensibilidade. Após a execução do código, os dados são apresentados por meio de relatórios, informando os tempos de atuação para os curtos-circuitos apresentados, e dos coordenogramas das proteções.


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  • Realizing a study on the graduation and selectivity of an electrical system's protection, ensuring its coordination, is an essential task to ensure continuous load service and mitigate potential harm to equipment and individuals. However, this study demands a significant time from engineering firms, particularly during the data acquisition phase required for the graduation process and the subsequent coordination phase.

    The coordination procedure entails a meticulous analysis of pertinent relay pairs, categorizing them as either primary safeguards or secondary measures for each fault scenario. At this juncture, and to the determination of protection relay settings, it becomes imperative for the engineer to be equipped with current data inherent to the scrutinized system, accounting for various fault types and diverse contingencies. To accomplish the acquisition of these short-circuit current values for a specific system, encompassing contributions from adjoining equipment, a Python program has been devised to interface with ANAFAS, software widely employed within the Brazilian electrical system. This program, in conjunction with a innovative computational tool for automated protection coordination of overcurrent relays, regardless of their directional settings, developed in VBA, significantly streamlines the time required for conducting a graduation study.

    The automatic coordination program, which stands out positively compared to other existing methods, employs optimization techniques and minimizes the operating time of relays closest to the fault while maintaining selectivity and sensitivity criteria. After the code execution, the data is presented through reports, providing information on the operating times for the presented short circuits, as well as the coordination charts of the protections.

Teses
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  • CAIO VINICIUS PINHEIRO VITAL
  • NANOPARTÍCULAS PLASMÔNICAS E SISTEMA LENTICULAR DE CONCENTRAÇÃO ÓPTICA PARA COLETORES SOLARES DE ABSORÇÃO DIRETA.

  • Orientador : RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALBERT STEVENS REYNA OCAS
  • ANDERSON STEVENS LEONIDAS GOMES
  • JOÃO FAUSTO LORENZATO DE OLIVEIRA
  • OLGA DE CASTRO VILELA
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • Data: 19/01/2023

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  •  O aumento da participação de fontes renováveis na matriz energética mundial é uma contribuição fundamental para a redução da emissão global de gases de efeito estufa. Neste sentido, O uso térmico da energia solar tem potencial para suprir a demanda de calor para diferentes processos. Coletores solar de absorção direta são dispositivos utilizados para converter a radiação solar em calor em um fluido de trabalho. Em particular, coloides de nanoestruturas plasmônicas, capazes de apresentar o fenômeno de ressonância localizada de plasmon de superfície, podem ser utilizados como fluido de trabalho para coletor solar de absorção direta. Entretanto, o uso desses fluidos é limitado por fatores como estabilidade coloidal, elevado custo de produção e aumento da potência de bombeamento nos sistemas térmicos que os utilizam. Neste trabalho, são abordadas propostas para transposição desses obstáculos: o uso de nanofluidos compostos por nanopartículas plasmônicas de diferentes materiais e morfologias em coletores solares de absorção direta. São avaliados coletores utilizando nanofluidos compostos por nanocascas de ouro dopadas com ferro, nanoesferas de nitretos metálicos, nanogaiolas metálicas e nanofluidos híbridos com nanoelipsoides metálicos. A modelagem das propriedades ópticas dos fluidos é realizada utilizando Teoria de Mie e simulações numéricas no software COMSOL Multiphysics. O espectro de absorção do nanofluido híbrido com nanoelipsoides é otimizado via algoritmo genético. Também é investigado o uso de sistemas lenticulares para concentração de luz em coletores de absorção direta. A modelagem térmica dos coletores solares é feita utilizando Método das Diferenças Finitas aplicado a um modelo de transferência de calor em duas dimensões. Para o coletor de absorção direta lenticular, também é realizada análise de óptica geométrica via elementos finitos no software COMSOL Multiphysics. Adicionalmente, são realizadas caracterizações térmicas experimentais de alguns nanofluidos e do coletor de absorção direta lenticular. Os resultados mostram que coletores utilizando as nanoestruturas exploradas no trabalho possuem desempenho superior a coletores que utilizam nanoestruturas plasmônicas reportadas anteriormente, apresentando maiores eficiências energética e exergética em regimes baixa concentração de partículas. Foram obtidas eficiências energéticas máximas de 95% com nanocascas de ouro dopado com ferro, 89% com nanopartículas de nitretos metálicos, 90% com nanogaiolas metálicas e 90% com nanofluidos híbridos de nanoelipsoides. O uso do sistema lenticular resulta em coletores com eficiência energética similar e eficiência exergética até 142% superior à de coletores de absorção direta tradicionais. A partir das abordagens propostas, é possível obter coletores de alta performance com quantidades reduzidas de nanofluidos em regime de baixa concentração


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  • The increase in the share of renewable sources in the global energy matrix is a key contribution to reducing greenhouse gas emissions. In this sense, the thermal use of solar energy has the potential to supply heat demand for different processes. Direct absorption solar collectors are devices that convert solar radiation into heat in a working fluid. In particular, colloids of plasmonic nanostructures, presenting the phenomenon of localized surface plasmon resonance, can be used as a working fluid for direct absorption solar collectors. However, the use of these fluids is limited by factors such as colloidal stability, high production cost, and increased pumping power in thermal systems that use them. In this work, proposals are addressed to overcome these obstacles: the use of nanofluids composed of plasmonic nanoparticles of different materials and morphologies in direct absorption solar collectors is investigated. Nanofluids composed of iron-doped gold nanoshells, metallic nitride nanospheres, metallic nanocages, and hybrid nanofluids with metallic nanoellipsoids are explored. The optical properties of the fluids are modeled using Mie Theory and numerical simulations in the COMSOL Multiphysics software. Also, the use of lenticular systems for light concentration in direct absorption collectors is investigated. The thermal modeling of solar collectors is conducted using the Finite Difference Method applied to a two-dimensional heat transfer model. For the lenticular direct absorption collector, ray optics analysis via finite elements in the COMSOL Multiphysics software is also performed. In addition, experimental thermal characterizations of some nanofluids and the lenticular direct absorption collector were carried out. Results show that collectors using the proposed nanostructures perform better than devices with other plasmonic nanostructures, presenting higher energy and exergy efficiencies in a low particle concentration regime. Maximum energy efficiencies were 95% with iron-doped gold nanoshells, 89% with metallic nitride nanoparticles, 90% with metallic nanocages and 90% with hybrid nanofluids of nanoellipsoids.With the lenticular system, collectors with similar energy efficiency and exergy efficiency up to 142% higher than traditional direct absorption collectors are obtained. The proposed approaches reveal that it is possible to obtain high-performance collectors with small amounts of nanofluid in a low-concentration regime.

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  • OLAVO DHYAN DE FARIAS CARDOZO
  • AVALIAÇÃO DO USO DE NANODIFUSORES DE ÓXIDO DE ZINCO EM CÉLULAS FOTOVOLTAICAS DE TERCEIRA GERAÇÃO .

  • Orientador : RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • EDUARDO PADRON HERNANDEZ
  • SEVERINO ALVES JUNIOR
  • LUIS ARTURO GOMEZ MALAGON
  • Data: 27/02/2023

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  • Este trabalho propõe uma nova abordagem na exploração de nanopartículas (NPs) deóxido de zinco (ZnO) para melhorar o desempenho de células solares de terceira geração,com enfoque, sobretudo, em células solares orgânicas (CSOs) e células solares de perovskita(CSPs). Nanopartículas de ZnO dispersas na superfície superior do dispositivo podem atuarcomo nanodifusores, reduzindo a reflexão do dispositivo e aumentando a absorção da radiaçãosolar na camada ativa fotovoltaica, pela introdução de caminhos ópticos não ortogonais nodispositivo (light pathwayenhancement). A contribuição dos nanodifusores de ZnO na melhoriado desempenho das células solares foi analisada por meio de simulações computacionais, combase no método de elementos finitos, bem como experimentalmente. Nanopartículas de ZnO, com163 nm de diâmetro, foram sintetizadas por uma rota de síntese verde e caracterizadas. Filmesfinos feitos com suspensão de NPs de ZnO foram depositados sobre o eletrodo transparenteITO (óxido de estanho e índio), a partir dos métodos de drop casting e spin coating, tendo suaresposta óptica avaliada. Neste trabalho são propostas metodologias para modelamento óptico eelétrico de células fotovoltaicas de terceira geração com a inserção de NPs de ZnO no topo dodispositivo. Os resultados para o modelamento óptico indicam que as nanoesferas de ZnO de 160nm de diâmetro apresentam um valor médio de Albedo alto (0,88) na faixa do espectro visível, eespalham a radiação solar predominantemente na direção frontal. O uso de NPs de ZnO (160nm de diâmetro) na superfície superior de uma célula solar orgânica pode reduzir a reflectânciado dispositivo em até 95 % para λ = 530 nm, promovendo um acoplamento de luz eficientena camada ativa da célula e simultaneamente aumentando a absorbância (26 %) do dispositivo.As contribuições de light trappinge efeito anti-reflexo melhoram a geração de fotocorrente,apresentando aumento na densidade de corrente de curto-circuito em CSOs em 27,9 %. Paracélulas solares de perovskita, foi observado um aumento na absorbância de 32 % e uma reduçãona reflectância de 96 % para λ = 530 nm. Neste trabalho é descrito o processo de fabricaçãode células solares de terceira geração (orgânica e perovskita). A partir de substratos com omaterial ativo dos dispositivos foi possível demonstrar o ganho óptico que as nanoestruturas deZnO podem gerar, resultante do efeito anti-reflexo e também do espalhamento da luz. Com adeposição das NPs de ZnO sobre dispositivo de perovskita, verificou-se experimentalmente que ouso NPs de ZnO, depositadas no topo, induz uma melhora no desempenho (ganho de eficiência)do dispositivo fotovoltaico de 23,5 %. 


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  • This work proposes a new approach in the exploration of zinc oxide (ZnO) nanoparticles(NPs) to improve the performance of third-generation solar cells, with a focus on organic solarcells (OSCs) and perovskite solar cells (PSCs). ZnO NPs dispersed on the top surface of thedevice can act as nanodiffusers, reducing its reflection and increasing the absorption of solarradiation in the photovoltaic active layer, by introducing non-orthogonal optical paths in thedevice (light pathway enhancement). The contribution of ZnOnanodiffusers in improving solarcells performance was analyzed through computer simulations, based on finite element method(FEM) as well as experimentally. ZnO nanoparticles with size of about 160 nm were synthesizedby a green synthesis route and characterized. Thin films formed by deposition of suspensionof ZnO NPs on the transparent indium tin oxide (ITO) electrode, by drop casting and spincoating methods, having its optical response evaluated. In this work we propose methodologiesfor optical and electrical modeling of third generation photovoltaic cells with the applicationof ZnO NPs at the top of the device. The results of the optical modeling indicate that ZnOnanospheres with a diameter of 160 nm present a high average Albedo value (0.88) in the visiblespectrum range, and scatter solar radiation predominantly in the forward direction. The use ofZnO NPs (160 nm in diameter) on the surface of an OSC can reduce the device’s reflectance byup to 95 % for λ = 530 nm, promoting an efficient light coupling in the cell’s active layer andsimultaneously increasing the absorbance (26 %) of the device. Light trapping and anti-reflectiveeffect contributions improve the generation of photocurrent, showing an increase in short-circuitcurrent density of 27.9 % for OSCs. For PSCs, an increase in absorbance of 32 % and a reductionin reflectance of 96 % was observed for λ = 530 nm. This work describes the manufacturingprocess of third-generation solar cells, both OSCs and PSCs. The optical gain generated byZnO nanostructures resulting from both, the anti-reflective effect and light scattering, has beendemonstrated with substrates containing the active material of the devices. With the depositionof ZnO NPs on PSCs, it was verified experimentally that the use of ZnO NPs deposited on top,yields in an enhancement in the efficiency of the photovoltaic device of 23.5 %.regime. 

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  • TIMÓTEO GOMES DA SILVA
  • UMA ONTOLOGIA COMO SUPORTE PARA ESPECIFICAÇÃO DE REQUISITOS NÃO FUNCIONAIS DE SISTEMAS AAL (AMBIENT ASSISTED LIVING) CONSIDERANDO ASPECTOS DE COMPLIANCE.

  • Orientador : FERNANDA MARIA RIBEIRO DE ALENCAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDA MARIA RIBEIRO DE ALENCAR
  • JOSÉ MARIA PARENTE DE OLIVEIRA
  • GRACIELA DORA SUSANA HADAD
  • JOHNNY CARDOSO MARQUES
  • MARCIA JACYNTHA NUNES RODRIGUES LUCENA
  • Data: 07/03/2023

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  • O envelhecimento da população mundial e consequentemente a necessidade por custos controlados de assistência médica e domiciliar, introduzem novos desafios científicos que precisam ser abordados. Nesse contexto, o ambiente de vida assistida (do inglês, Ambient Assisted Living-AAL) se constitui em uma nova abordagem, baseada em soluções tecnológicas, que surgem para atender às demandas desse público. Dentre os desafios de desenvolvimento de sistemas AAL estão o atendimento às restrições éticas, legais (compliance), sociais, médicas e técnicas que devem ser reunidas e consolidadas em uma especificação de requisitos.A especificação de requisitos é fundamental para que o sistema funcione de acordo com as necessidades dos stakeholders e atenda as restrições às quais se encontre submetido. Esses desafios e a necessidade de formalização da especificação de requisitos para tais sistemas tem levado a comunidade acadêmica a explorar e estabelecer novas abordagens para o desenvolvimento e verificação de sistemas AAL e integrá-las a diferentes áreas do conhecimento, tais como ontologia e compliance. Nesse contexto, esta tese visa, a partir dos padrões abertos da Web Semântica, utilizando a Lógica Descritiva e a linguagem Ontology Web Language, definir uma abordagem ontológica para auxiliar a elicitação e especificação de requisitos (focando nos requisitos não funcionais, éticos e os associados a compliance) em sistemas AAL. Com isso, é apresentada uma ontologia core (Onto4CAAL) para suporte a especificação de requisitos em sistemas AAL, onde nela estão integrados os elementos que fazem parte desse tipo de sistema. O método de pesquisa utilizado foi um Mapeamento Sistemático da Literatura, assim como um survey com especialistas (academia e indústria) do domínio. Com o uso da ontologia core, foi possível desenvolver uma ontologia de domínio (Onto4Elev) para Plataformas de Elevação Vertical, onde foi realizada uma validação com a indústria (um outro survey) em relação aos elementos que a constituem e, posteriormente, foi construído um cenário para simulação, extraindo os requisitos utilizados e as legislações envolvidas nesse tipo de sistema AAL. Como contribuições desta tese, pontuamos o uso de ontologias logicamente formalizadas para a representação não-ambígua e compartilhada do conhecimento de requisitos em sistemas AAL, sendo possível padronizar o entendimento dos termos associados a esse tipo de sistema, as legislações envolvidas e permitindo verificar as relações entre os elementos, auxiliando o projetista na tomada de decisões. 


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  • The aging of the world's population, and consequently the need for controlled costs of medical and home care, introduce new scientific challenges that need to be addressed. In this context, the Ambient Assisted Living (AAL) constitutes a new approach, based on technological solutions, which arise to meet the demands of this public. Among the challenges of developing AAL systems are meeting ethical, legal (compliance), social, medical and technical constraints that must be gathered and consolidated in a specification of requirements. The specification of requirements is fundamental for the system to work according to the needs of the stakeholders and meet the restrictions to which it is submitted. These challenges and the need to formalize the specification of requirements for such systems has led the academic community to explore and establish new approaches for the development and verification of AAL systems and to integrate them into different areas of knowledge, such as ontology and compliance. In this context, this thesis aims, from the open standards of the Semantic Web, using the Descriptive Logic and the Ontology Web Language, to define an ontological approach to help the elicitation and specification of requirements (focusing on the non-functional, ethical and associated requirements compliance) in AAL systems. With this, a core ontology (Onto4CAAL) is presented to support the specification of requirements in AAL systems, where the elements that are part of this type of system are integrated. The research method used was a Systematic Literature Mapping, as well as a survey with specialists (academy and industry) in the domain. With the use of the core ontology, it was possible to develop a domain ontology (Onto4Elev) for Vertical Elevation Platforms, where a validation was carried out with the industry (another survey) in relation to the elements that constitute it and, subsequently, a scenario for simulation, extracting the requirements used and the legislation involved in this type of AAL system. As contributions of this thesis, we point out the use of logically formalized ontologies for the unambiguous and shared representation of the knowledge of requirements in AAL systems, making it possible to standardize the understanding of the terms associated with this type of system, the legislation involved and allowing to verify the relationships between the elements, helping the designer in making decisions. 

     

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  • EDUARDO JOSE BARBOSA
  • TÉCNICAS DE BUSCA DO PONTO DE MÁXIMA POTÊNCIA DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS BASEADAS NO MODELO GLOBAL NÃO LINEAR DE UM E DOIS DIODOS.

  • Orientador : MARCELO CABRAL CAVALCANTI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALESSANDRO LUIZ BATSCHAUER
  • FABRICIO BRADASCHIA
  • FRANCISCO DE ASSIS DOS SANTOS NEVES
  • GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • LEANDRO MICHELS
  • MARCELO CABRAL CAVALCANTI
  • Data: 22/05/2023

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  • Devido à rápida expansão dos sistemas fotovoltaicos na última década, ficou clara a necessidade de localizar o ponto de máxima potência Maximum Power Point– MPP para maximizar a energia solar capturada sob várias condições ambientais. Quando todos os módulos de um arranjo fotovoltaico recebem a mesma irradiação solar, técnicas tradicionais de seguimento do ponto de máxima potência Maximum Power Point Tracking – MPPT podem encontrar facilmente o MPP. Contudo, se os níveis de irradiância nos módulos fotovoltaicos não forem uniformes, encontrar o ponto de máxima potência global Global Maximum Power Point – GMPP para esses algoritmos fica inviável, uma vez que estas técnicas podem ficar operando em um máximo local enquanto o sombreamento permanecer. Um sombreamento parcial, que pode ocorrer a partir de sombras, nuvens, edifícios ou árvores, por exemplo, exibe na curva potência-tensão um comportamento com múltiplos picos, uma vez que os módulos estão protegidos por diodos de desvio. Neste contexto, neste trabalho são propostas duas técnicas que extraem o GMPP de uma curva tensão potência com múltiplos picos. Estas técnicas, são comparadas a técnicas recentes da literatura onde são obtidos resultados comparativos de simulação e experimentais além deterem seus fluxogramas apresentados. Vale salientar que técnicas baseadas em modelo reduzem as perdas de energia, pois têm respostas dinâmicas mais rápidas em comparação as técnicas heurísticas. Portanto, são propostas duas técnicas baseadas em modelo, só que uma delas é válida apenas para séries fotovoltaicas. Um destes algoritmos utiliza o modelo de dois diodos a partir dos parâmetros fotovoltaicos estimados de maneira offline, utilizando a Técnica Híbrida Pattern Search (TH-PS). O outro algoritmo utiliza o modelo de um diodo. Como ambas as técnicas são baseadas em modelo foi proposto um microestimador de irradiância, cuja finalidade é estimar a irradiância de cada módulo a um baixo custo. Esse microestimador pode servir também como monitoramento de uma usina fotovoltaica (FV), já que pode enviar as informações de irradiância para um computador central via Wi-Fi, pois utiliza para comunicação uma ESP8266. Por fim, após a modelagem do conversor utilizado para condições de MPPT, são fornecidos os resultados dinâmicos de simulações, utilizando o software MATLAB, e experimentais, por meio de uma bancada experimental, para várias condições climáticas.

     


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  • Due to the rapid expansion of photovoltaic systems in the last decade, the need to locate the Maximum Power Point (MPP) to maximize the captured solar energy under various environmental conditions has become clear. When all modules in a photovoltaic array receive the same solar irradiance, traditional Maximum Power Point Tracking (MPPT) techniques can easily find the MPP. However, if the irradiance levels on the PV modules are not uniform, finding the global maximum power point Global Maximum Power Point - GMPP for these algorithms becomes infeasible, since these techniques can be left operating at a local maximum as long as shading remains. A partial shading, which can occur from shadows, clouds, buildings or trees, for example, exhibits in the power-voltage curve a behavior with multiple peaks, since the modules are protected by bypass diodes. In this context, in this paper two techniques are proposed that extract the GMPP from a power-voltage curve with multiple peaks. These techniques are compared to recent techniques in the literature where comparative simulation and experimental results are obtained and flowcharts are presented. It is worth noting that model-based techniques reduce energy losses because they have faster dynamic responses compared to heuristic techniques. Therefore, two model-based techniques are proposed, only one of them is valid only for photovoltaic string. One of these algorithms uses the two-diode model from the photovoltaic parameters estimated in an offline manner using Hybrid Pattern Search Technique (TH-PS). The other algorithm uses a diode model. As both techniques are model based, an irradiance microestimator has been proposed, whose purpose is to estimate the irradiance of each module at a low cost. This microestimator can also serve as monitoring of a photovoltaic (PV) plant, since it can send the irradiance information to a central computer via Wi-Fi, since it uses an ESP8266 for communication. Finally, after modeling the converter used for MPPT conditions, the dynamic results of simulations, using MATLAB software, and experimental results, using an experimental bench, for various climatic conditions are provided.

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  • DAVIDSON DA COSTA MARQUES
  • CONTROLE DE FREQUÊNCIA EM MICRORREDESUTILIZANDO BATERIAS BASEADO NO APRENDIZADO EMOCIONAL DO CÉREBRO.

  • Orientador : RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • MANOEL AFONSO DE CARVALHO JUNIOR
  • BENEMAR ALENCAR DE SOUZA
  • Data: 31/05/2023

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  • O desenvolvimento atual das fontes de energia elétrica é impulsionado principalmente diante douso dos Recursos Energéticos Distribuídos (REDs), os quais abrangem a Geração Distribuída(GD) e os Sistemas de Armazenamento de Energia (SAE). As microrredes (MR) surgem comoum novo conceito emergente em engenharia elétrica, apresentando-se como uma alternativaatraente para superar os desafios na integração dos REDs ao sistema elétrico tradicional, comisso garantir confiabilidade e aproveitamento expressivo dos recursos energéticos. Em MR énecessário dispor de um sistema gerenciador para coordenar a operação de seus componentes,estando ela conectada ou desconectada da rede principal. No modo ilhado o gerenciador daMR deve estabelecer os setpoints de operação dos REDs de forma a não violar as restrições deoperação, como despacho econômico, utilização de fontes renováveis e priorização de cargas.Além dos inúmeros benefícios, existem muitos problemas e desafios na integração deste conceitoem sistemas de energia - como a exemplo o controle da estabilidade. Um dos requisitos maisimportantes da operação da MR é manter a frequência dentro dos valores permitidos em umeventual desbalanço - no caso Brasil 60Hz - que está diretamente relacionada ao equilíbrio decarga e geração. Dessa forma, propõe-se o uso de sistemas armazenadores de energia em baterias 

    (BESS), os quais possuem tempo de resposta rápido e podem injetar ou absorver potência deforma a garantir a estabilidade da frequência na MR. Entretanto, a ação de controle possui tarefafundamental para maior aproveitamento dos recursos. Como complemento do controle droop, oconceito de MR controlada através de controle secundária tem sido amplamente estudado pararestabelecer tensão e frequência. No entanto, na literatura discutisse diversas alternativas demelhorias na implementação do droop convencional. O objetivo geral desta tese é propor umcontrolador inteligente baseado no processo de aprendizagem emocional do cérebro (BELBIC)que seja capaz de minimizar, dentro dos valores permitidos, os desvios de frequência em MR.Os controladores biologicamente inspirados demonstram grande êxito em diversas aplicações,principalmente em situações que apresentam perturbações e incertezas nas dinâmicas do sistemase comparado com outros controladores. Além disso, os parâmetros desse controlador sãootimizados através da técnica baseada em enxame de partículas (PSO), resultando assim osparâmetros ótimos do controlador. Por fim, a partir dos resultados de simulação, busca-sedemonstrar um ganho expressivo também ao se utilizar o BELBIC, levando em consideraçãoo fato dos sistemas de armazenamento possuírem limitações nas suas capacidades e com issogarantir a preservação da vida útil da bateria. As estratégias de controle propostas são simuladasem uma MR através da ferramenta Simulink, da plataforma computacional Matlab e os resultadosserão comparados aos controladores droop e PI, sejam eles atuando como controles primáriose/ou secundários. 


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  • The current development of electrical energy sources is primarily driven using Distributed Energy Resources (DERs), which include Distributed Generation (DG) and Distributed Generation (DG) and Energy Storage Systems (ESS). Microgrids (MR) emerge as a new emerging concept in electrical engineering, presenting itself as an attractive alternative to overcome the challenges in the integration of grids to the traditional electrical system, thus ensuring reliability and significant use of energy resources. In MR it is necessary to have a manager system to coordinate the operation of its components, being it connected or disconnected from the main grid. In the isolated mode, the MR manager must establish the setpoints for the operation of the EDRs so as not to violate the operation restrictions, such as economic dispatch, use of renewable sources and prioritization of loads. Besides the numerous benefits, there are many problems and challenges in integrating this concept into power systems - such as stability control. One of the most important requirements of MR operation is to keep the frequency within the allowed values in an eventual unbalance - in the case of Brazil 60Hz - which is directly related to the balance of load and generation. Thus, it is proposed the use of battery energy storage systems (BESS), which have fast response time and can inject or absorb power to ensure the stability of the frequency in the MR. However, the control action has a fundamental task for the best use of resources. As a complement to droop control, the concept of MR controlled by secondary control has been widely studied to restore voltage and frequency. However, several alternatives for improving the implementation of conventional droop have been discussed in the literature. The overall objective of this thesis is to propose an intelligent controller based on the brain's emotional learning process (BELBIC) that can minimize, within allowable values, the frequency deviations in MR. Biologically inspired controllers show great success in various applications, especially in situations that present disturbances and uncertainties in system dynamics when compared to other controllers. Furthermore, the parameters of this controller are optimized using particle swarm-based technique (PSO), thus resulting the optimal controller parameters. Finally, from the simulation results, it is intended to demonstrate an expressive gain also when using BELBIC, because storage systems have limitations in their capacities and thus ensure the preservation of battery life. The proposed control strategies are simulated in a RM through the Simulink tool, of the MATLAB computing platform and the results will be compared to the droop and PI controllers, whether they act as primary and/or secondary controls. 

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  • MARCELO MACÊDO ALVES
  • AVALIAÇÃO OTIMIZADA DE HASTES DE ÂNCORA DE TORRES ESTAIADAS BASEADA NA REFLECTOMETRIA DE SINAIS EM MICRO-ONDAS.

  • Orientador : MARCOS TAVARES DE MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BRUNO GOMES MOURA DE OLIVEIRA
  • LUIZ HENRIQUE ALVES DE MEDEIROS
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • ULYSSES ROBERTO CHAVES VITOR
  • Data: 26/07/2023

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  • Hastes de âncora são usadas na sustentação de cabos estaiados de torres de transmissão elétrica. Elas fazem parte de um complexo sistema de ancoragem que é montado para apoiar a enorme estrutura capaz de levar energia elétrica a diversas regiões. Muitas vezes a instalação dessas torres ocorre em lugares remotos, o que torna sua manutenção desafiadora. Além do mais, a verificação da integridade das hastes de âncora, que são fincadas em solo, é realizada através de uma inspeção visual. Isso requer que o solo ao redor da haste seja escavado, o que torna o processo caro e perigoso para os funcionários. Diversos métodos não destrutivos foram propostos para verificação da integridade de hastes de âncora, mesmo enterradas e sem a necessidade de escavar o solo. Uma delas trata-se da reflectometria no domínio da frequência. Nela, sinais eletromagnéticos são injetados por um analisador vetorial de redes (do inglês, Vector Network Analyzer) em uma linha de transmissão composta por uma haste de âncora e os níveis de reflexão do sinal ao longo da haste são analisados. Essa análise pode fornecer informações valiosas a respeito da integridade da haste, já que, mudanças de impedância podem ser causadas por processos corrosivos em sua superfície. Contudo, é muito comum que estruturas auxiliares estejam presentes ao longo da haste de âncora, e assim, podem influenciar no diagnóstico sobre o estado da haste de âncora. De maneira inovadora, esse trabalho propõe uma nova metodologia para diminuição dos efeitos indesejados de estruturas auxiliares no resultado da reflectometria. Desse modo, aqui, medições e simulações são feitas em hastes de âncora para identificação de possíveis falhas na sua estrutura através da análise da reflectometria, que é otimizada pela redução de efeitos indesejados.


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  • Anchor rods are used to support guyed cables from electrical transmission towers. They are part of a complex anchoring system that is assembled to support the massive structure capable of carrying energy to several regions. Often the installation of these towers takes place in a remote region, which makes their maintenance challenging. Furthermore, checking the integrity of the anchor rods, which are driven into the ground, is carried out through a visual inspection. This requires the ground around the rod to be excavated, which makes the process expensive and dangerous for workers. Several non-destructive methods have been proposed to verify the integrity of anchor rods, even buried and without the need to dig the ground. One of them is based on frequency domain reflectometry. Electromagnetic signals are injected by a vector network analyzer into a transmission line composed of an anchor rod. The signal reflection levels along the rod are analyzed. This analysis can provide valuable information regarding the integrity of the rod, since impedance changes can be caused by corrosive processes on its surface. However, it is very common for auxiliary structures to be present along the anchor rod. They can influence the diagnosis of the state of the anchor rod. In an innovative way, this work proposes a new methodology to decrease the undesired effects of auxiliary structures on the reflectometry analysis. Thus, here, measurements and simulations are made on anchor rods to identify possible failures in their structure through the reflectometry analysis, which is optimized by reducing undesired effects.

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  • HAWSON VIRGÍLIO HONÓRIO E SILVA FILHO
  • SISTEMA DE DETECÇÃO DE FALHAS EM PARAFUSOS OLHAIS DE ANCORAGEM.

  • Orientador : MARCOS TAVARES DE MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JEFFERSON COSTA E SILVA
  • DANIEL DE FILGUEIRAS GOMES
  • FRANCISCO RODRIGUES SABINO JUNIOR
  • LAURO RODRIGO GOMES DA SILVA LOURENCO NOVO
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • Data: 28/07/2023

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  • Os parafusos olhais são componentes responsáveis por conectar as correntes de isoladores a postes e vigas de concreto, suportando a carga do cabeamento elétrico aéreo. Falhas estruturais ocultas nos olhais podem levar ao rompimento dos mesmos e, consequentemente, a acidentes graves e interrupção do fornecimento de energia elétrica, expondo os operadores a sanções e multas financeiras. Esta tese apresenta um sistema de detecção de falhas estruturais em parafusos olhais de ancoragem, baseado na análise da magnitude do S11 por meio de um classificador de floresta aleatória treinado por medições e sinais simulados de alta fidelidade. A metodologia proposta é totalmente não invasiva e não requer a desmontagem da infraestrutura elétrica. A alta acurácia dos resultados apresentados, sugere que o método proposto possa melhorar a eficiência da rotina de manutenção preventiva realizada nos parafusos de olhais e, consequentemente, aumentar a confiabilidade dos sistemas de distribuição de energia.


  • Mostrar Abstract
  • Eyebolts are components responsible for connecting insulator chains to poles and concrete beams, supporting the load of overhead electrical wiring. Hidden structural failures in eyebolts can lead to their rupture and, consequently, cause serious accidents and interruptions in the power supply, exposing operators to penalties and financial fines. This thesis presents a system for detecting structural failures in anchoring eyebolts, based on the analysis of the S11 magnitude through a random forest classifier trained with high-fidelity measurements and simulated signals. The proposed methodology is completely non-invasive and does not require dismantling the electrical infrastructure. The high accuracy of the presented results suggests that the proposed method could improve the efficiency of preventive maintenance routines carried out on eyebolts and, consequently, increase the reliability of power distribution systems.

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  • MARIANNE STELY PEIXOTO E SILVA
  • SENSORES MULTIPARÂMETROS BASEADOS EM REFLECTOMETRIA RAMAN ANTI-STOKES NO DOMÍNIO DO TEMPO EM FIBRA ÓPTICA.

  • Orientador : JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSÉ LUÍS FABRIS
  • MARCELO MARTINS WERNECK
  • EDUARDO FONTANA
  • JOAO BATISTA ROSOLEM
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • Data: 28/07/2023

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  • A demanda crescente por soluções de detecção versáteis e melhorias no desempenho de medições em ambientes operacionais desafiadores tem impulsionado extensas pesquisas em sensores de fibra óptica para alcançar operações aprimoradas. Uma abordagem promissora para aprimorar os sistemas de detecção envolve a consideração de parâmetros específicos, como a expansão da faixa de operação e a medição simultânea de múltiplos parâmetros, especialmente quando esses parâmetros estão interligados, como é caso da temperatura e da corrosão, ou temperatura e do índice de refração. Esta Tese de Doutorado apresenta o aprimoramento das funcionalidades de um sensor distribuído de temperatura baseado em espalhamento Raman (SDT-R) em fibras ópticas, bem como propõe experimentalmente o desenvolvimento de um novo sensor multiparâmetro baseado em reflectometria Raman anti-Stokes no domínio do tempo. É realizado o aprimoramento de um sistema de detecção distribuída de temperatura por meio de espalhamento Raman em fibras ópticas, relacionado à faixa de operação de temperatura. Esse sistema utiliza um equipamento comercial de reflectometria óptica no domínio do tempo (OTDR) e amplificação através de fibra dopada com Érbio (EDFA). O desempenho do sensor é experimentalmente avaliado em uma ampla faixa de temperaturas, abrangendo desde -196,15 °C até 400 °C, e em longas distâncias, de até 27 km.  São realizadas análises utilizando um tipo de fibra especial, com revestimento metálico, para a operação em altas temperaturas. Os resultados fornecem informações sobre a sensibilidade, precisão e resolução do sensor na ampla faixa de temperaturas. Além disso, é apresentado o desenvolvimento de um novo sensor multiparâmetro que combina as funcionalidades de detecção de temperatura, corrosão e índice de refração. Esse sensor incorpora cabeças sensoras, projetadas com diferentes estruturas de fibras ópticas, ao SDT-R tradicional para o monitoramento de corrosão e índice de refração.  Os sensores são testados em experimentos para avaliar sua resposta a diferentes índices de refração, temperaturas e um processo controlado de corrosão, permitindo a determinação da taxa de corrosão. Os resultados demonstram que o sensor multiparâmetro é capaz de monitorar simultaneamente e de forma independente a corrosão e o índice de refração, ao longo de múltiplos pontos do link de fibra óptica, e a temperatura, de forma distribuída. Essa abordagem não apenas adiciona novas funcionalidades ao SDT-R, mas também aprimora os resultados de medição para os parâmetros analisados.  A sensibilidade do sensor é de 0,5 dB/10-3 UIR, para variações do índice de refração na faixa de 1,3370 - 1,3840 UIR, e de 0,74 dB/nm para a detecção da corrosão de 100 nm de alumínio depositados na extremidade clivada de uma fibra óptica. São exploradas as possíveis aplicações dos sensores em vários setores, com destaque para a indústria de óleo e gás, onde esses sensores podem atuar para aprimorar o monitoramento e a manutenção de infraestruturas críticas. Ao integrar medida simultânea de múltiplos parâmetros em um único sensor essa abordagem oferece uma solução versátil e eficaz para atender às necessidades de medição em ambientes operacionais desafiadores.

     


  • Mostrar Abstract
  • The increasing demand for versatile detection solutions and improved measurement performance in challenging operational environments has driven extensive research in fiber optic sensors to achieve enhanced operations. A promising approach to enhancing detection systems involves considering specific aspects, such as expanding the operating range and simultaneously measuring multiple parameters, especially when these parameters are interconnected, as is the case with temperature and corrosion or temperature and refractive index. This doctoral thesis presents the enhancement of functionalities of a distributed temperature sensor based on Raman scattering (DTS-R) in optical fibers and experimentally proposes the development of a new multiparameter sensor based on time-domain anti-Stokes Raman reflectometry. The enhancement of a distributed temperature detection system through Raman scattering in optical fibers is performed, focusing on the temperature operating range. This system utilizes a commercial optical time-domain reflectometry (OTDR) equipment and amplification through erbium-doped fiber amplifiers (EDFA). The sensor's performance is experimentally evaluated over a wide temperature range, spanning from -196.15 °C to 400 °C, and over long distances, up to 27 km. Analyses are conducted using a special type of fiber with a metallic coating for high-temperature operation. The results provide information about the sensor's sensitivity, accuracy, and resolution across the wide temperature range. Additionally, the development of a new multiparameter sensor combining temperature, corrosion, and refractive index detection functionalities is presented. This sensor incorporates sensor heads designed with different optical fiber structures into the traditional DT-R for corrosion and refractive index monitoring. The sensors are tested in experiments to evaluate their response to different refractive indices, temperatures, and a controlled corrosion process, enabling the determination of the corrosion rate. The results demonstrate that the multiparameter sensor is capable of simultaneously and independently monitoring corrosion and refractive index along multiple points of the fiber link, as well as temperature in a distributed manner. This approach not only adds new functionalities to DT-R but also enhances measurement results for the analyzed parameters. The sensor's sensitivity is 0.5 dB/10-3 UIR for refractive index variations in the range of 1.3370-1.3840 UIR and 0.74 dB/nm for the detection of 100 nm aluminum corrosion deposited on the cleaved end of an optical fiber. The possible applications of the sensors in various sectors are mentioned, with emphasis on the oil and gas industry, where these sensors can contribute to enhancing the monitoring and maintenance of critical infrastructures. By integrating simultaneous measurement of multiple parameters in a single sensor, this approach offers a versatile and effective solution to meet measurement needs in challenging operational environments.

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  • RAVI BARRETO DORIA FIGUEIREDO
  • MAPAS TANGENTE-CHEBYSHEV SOBRE CORPOS FINITOS: CONTRIBUIÇÕES TEÓRICAS E CENÁRIOS DE APLICAÇÃO.

  • Orientador : JULIANO BANDEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FRANCISCO MADEIRO BERNARDINO JUNIOR
  • JOSE RODRIGUES DE OLIVEIRA NETO
  • JOSE SAMPAIO DE LEMOS NETO
  • JULIANO BANDEIRA LIMA
  • RICARDO MENEZES CAMPELLO DE SOUZA
  • Data: 09/08/2023

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  • O estudo de mapas definidos sobre corpos finitos tem despertado grande interesse da comunidade científica interessada tanto em aspectos teóricos, quanto em cenários de aplicação. Existem, em particular, diversas famílias de mapas polinomiais e racionais, cuja utilidade em criptografia e em códigos corretores de erros, por exemplo, tem sido demonstrada. Nesse contexto, o presente trabalho possui como ponto de partida os recém-introduzidos mapas racionais do tipo tangente-Chebyshev, cuja definição, que se assemelha à dos bem conhecidos polinômios de Chebyshev do primeiro tipo, emprega funções trigonométricas em corpos finitos. Como contribuições originais desta tese, são apresentadas novas propriedades desses mapas, as quais incluem seus pontos fixos, sua relação com outros mapas e sua representação por meio de grafos. Além disso, é proposta a definição de um novo tipo de mapa tangente-Chebyshev, o qual possui, de certa forma, analogia com os polinômios de Chebyshev do terceiro tipo. Também são estudadas propriedades desses últimos mapas, o que inclui seu cálculo por meio de equações de recorrência, sua relação com os mapas tangente-Chebyshev (do primeiro tipo) e a especificação de seus zeros e polos. Por fim, é investigada de forma preliminar a aplicabilidade dos mapas em questão na construção de entrelaçadores para códigos corretores de erros e ilustrada a possibilidade de seu uso em esquemas de criptografia de chave pública.


  • Mostrar Abstract
  • The study of maps defined over finite fields has attracted the attention of researchers interested both in theoretical aspects and in application scenarios. In particular, there are several families of polynomial and rational maps, whose usefulness in cryptography and in error- correcting codes, for example, has been demonstrated. In this context, the present work has as its starting point the recently introduced tangent-Chebyshev rational maps, whose definition, which is similar to that of the well-known Chebyshev polynomials of the first kind, employs finite field trigonometric functions. As original contributions of this thesis, new properties of the referred maps are presented, which include their fixed points, their relationship with other maps and their representation by means of graphs. Furthermore, the definition of a new type of tangent-Chebyshev map is proposed; in a certain sense, it is analogous to the Chebyshev polynomial of the third kind. Properties of such maps are also studied, which includes their computation by means of recurrence equations, their relationship with tangent-Chebyshev maps (of the first kind) and the specification of their zeros and poles. Finally, the applicability of the investigated maps in the construction of interleavers for error correcting codes is preliminarily evaluated and the possibility of their use in public key cryptography schemes is illustrated.

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  • PEDRO HENRIQUE BEZERRA CAVALCANTI FILHO
  • FREQUENCY DISCRIMINATORS BASED ON SIERPINSKI CURVE FRACTAL FSS FOR 4-BIT IFM SYSTEMS USING BALANCED BINARY CODE.

  • Orientador : MARCOS TAVARES DE MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • LEANDRO TIAGO MANERA
  • ALEXANDRE JEAN RENÉ SERRES
  • ALFRÊDO GOMES NETO
  • FRANCISCO ARIAILDO DA COSTA SA LUCENA
  • Data: 14/08/2023

  • Mostrar Resumo
  • Um sistema de medição instantânea de frequência (IFM) consiste em um conjunto de elementos capazes de processar um sinal de entrada por meio de discriminadores, a fim de identificar a subfaixa a qual a frequência do sinal pertence. Os resultados exibidos são representados por valores binários que refletem a potência de saída dos discriminadores. Portanto, é de suma importância selecionar adequadamente a resposta em frequência desses elementos para garantir o funcionamento adequado do sistema. Ao projetar os discriminadores corretamente, é possível realizar a varredura diretamente, eliminando a necessidade de pós-processamento. Nesta tese, são apresentadas evidências de que a escolha de um código binário balanceado (BBC) para representar os bits de saída traz vantagens significativas no projeto dos discriminadores de frequência. Os discriminadores projetados são compostos por um conjunto de quatro superfícies seletivas de frequência (FSS) baseadas na geometria fractal Curva de Sierpinski, com diferentes iterações, substituindo assim os discriminadores de frequência tradicionais, como os interferômetros e filtros. Como aplicação dos discriminadores projetados, será conjecturado um sistema IMF de 4 bits com uma resolução de projeto de 323,12 MHz para cada uma das 16 sub-bandas distribuídas na faixa de frequência entre 0,39 GHz e 5,56 GHz. Os resultados das simulações computacionais realizadas no CST Microwave Studio, juntamente com as medições utilizando um analisador de rede, serão apresentados e comparados devidamente. Tanto nas medições, como nas simulações, a FSS é colocada entre as antenas. O parâmetro analisado nas simulações e medições é o coeficiente de transmissão, 𝑆21, entre duas antenas tipo corneta utilizadas nas medições e representadas pelas portas 1 e 2 nas simulações computacionais. 


  • Mostrar Abstract
  • An Instantaneous Frequency Measurement (IFM) system consists of a set of elements capable of processing an input signal using discriminators to identify the sub-band to which the signal's frequency belongs. The displayed results are represented by binary values that reflect the output power of the discriminators. Therefore, it is of utmost importance to appropriately select the frequency response of these elements to ensure the proper functioning of the system. By designing the discriminators correctly, direct scanning can be achieved, eliminating the need for post-processing. In this thesis, evidence is presented that choosing a balanced binary code (BBC) to represent the output bits brings significant advantages in the design of frequency discriminators. The designed discriminators are composed of a set of four Frequency Selective Surfaces (FSS) based on the fractal geometry Sierpinski Curve, with different iterations, thus replacing traditional frequency discriminators such as interferometers and filters. As an application of the designed discriminators, a 4-bit IFM system will be hypothesized with a design resolution of 323.12 MHz for each of the 16 sub-bands distributed in the frequency range between 0.39 GHz and 5.56 GHz. The results of computational simulations performed in CST Microwave Studio, along with measurements using a network analyzer, will be presented and appropriately compared. Both in measurements and in simulations, the FSS is placed between the antennas. The parameter analyzed in the simulations and measurements is the transmission coefficient, 𝑆21, between two horn-type antennas used in the measurements and represented by ports 1 and 2 in the computational simulations.

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  • RONNAN DE BRITO CARDOSO
  • CONVERSORES ELEVADORES DE SETE NÍVEIS A CAPACITOR CHAVEADO.

  • Orientador : LEONARDO RODRIGUES LIMONGI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • THIAGO BATISTA SOEIRO
  • CASSIANO RECH
  • EDISON ROBERTO CABRAL DA SILVA
  • FABRICIO BRADASCHIA
  • MARCELO CABRAL CAVALCANTI
  • Data: 15/08/2023

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  • O objetivo deste trabalho de tese foi apresentar duas novas topologias de inversores capazes de sintetizarem sete níveis de tensão. Essas topologias, utilizaram um capacitor flutuante por fase e um único barramento c.c. para operação monofásica e trifásica. Os inversores utilizados foram definidos como elevadores de tensão, com a possibilidade de elevação do ganho com a integração do conceito do capacitor chaveado em estruturas com grampeamento ativo do ponto neutro. Com essas características, houve um favorecimento para utilização em sistema de estágio único, nos quais os níveis de tensão na entrada e na saída são muito diferentes, como no caso de painéis fotovoltaícos, baterias ou células a combustível. As topologias propostas possuem a capacidade de sintetizar a tensão de saída com especificações semelhantes à dos inversores de sete níveis convencionais, porém com redução da tensão de entrada para um terço. Essa redução de tensão traz consigo algumas vantagens, como a redução dos esforços de tensão nos dispositivos semicondutores e capacitores da estrutura. As tensões nos capacitores que formam o barramento c.c. foram balanceadas de forma natural, e o capacitor flutuante alcançou o balanceamento de tensão por meio do princípio do capacitor chaveado. Com isso, a regulação de tensão ocorreu de modo automático a partir de uma simples estratégia de modulação, dispensando o uso de sensores e/ou circuitos adicionais. Além disso, as topologias propostas foram capazes de operam em toda faixa de fator de potência, seja drenando ou fornecendo potência ativa e reativa.  Operação, análise estática, considerações de projeto e análise de perdas das topologias propostas são apresentas. Resultados de simulação e experimentais são incluídos para mostrar a funcionalidade das topologias propostas.


  • Mostrar Abstract
  • The objective of this thesis work was to present two new inverter topologies capable of synthesizing seven voltage levels. These topologies, use a floating capacitor per phase and a single dc-link. for single-phase and three-phase operations. The inverters used were defined as voltage boosters, with the possibility of increasing the gain with the integration of the switched-capacitor concept in structures with active neutral point clamped. With these characteristics, there was a preference for use in single-stage systems, in which the voltage levels at the input and output are very different, as in the case of photovoltaic panels, batteries, or fuel cells. The proposed topologies can synthesize the output voltage with specifications similar to those of conventional seven-level inverters but with a reduction of the input voltage to one-third. This voltage reduction brings with it some advantages, such as the reduction of voltage stresses on semiconductor devices and capacitors in the structure. The voltages on the capacitors making up the dc-link were naturally balanced, and the floating capacitor achieved voltage balancing through the switched-capacitor principle. As a result, automatic voltage regulation occurred based on a simple modulation strategy, dispensing with the use of sensors and/or additional circuits. In addition, the proposed topologies were able to operate in the entire power factor range, either draining or supplying active and reactive power. The operation, static analysis, design considerations, and loss analysis of the proposed topologies are presented. Simulation and experimental results are included to show the functionality of the proposed topologies.

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  • MAURICIO MANOEL COELHO JUNIOR
  • NFR-DRIVEN DEVELOPMENT: FRAMEWORK PARA ESPECIFICAÇÃO DE REQUISITOS DE USABILIDADE E ACEITABILIDADE EM AMBIENTES DE VIDA ASSISTIDA BASEADO EM REQUISITOS LEGAIS E EXPERIÊNCIA DE STAKEHOLDERS.


  • Orientador : FERNANDA MARIA RIBEIRO DE ALENCAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDA MARIA RIBEIRO DE ALENCAR
  • MARCO AURELIO BENEDETTI RODRIGUES
  • JOHNNY CARDOSO MARQUES
  • MARCIA JACYNTHA NUNES RODRIGUES LUCENA
  • RICARDO ARGENTON RAMOS
  • Data: 30/08/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • O aumento da expectativa de vida em todo o mundo e a queda dos números de nascimento de crianças têm contribuído para o um aumento do envelhecimento da população. Esse fenômeno, aliado ao aumento das doenças crônicas, impõe desafios crescentes aos sistemas de saúde no cuidado aos idosos, visando preservar sua qualidade de vida. Avanços na área da saúde e tecnologia têm permitido o monitoramento remoto de informações vitais, auxílio no controle de medicamentos diários e a prevenção de acidentes graves. Nesse contexto, as tecnologias como Ambient Assisted Living (AAL) surgem como soluções para monitorar a saúde, o estado emocional e as atividades diárias dos idosos, proporcionando-lhes independência, segurança e bem-estar. Para garantir que essas soluções atendam às necessidades desse público, é crucial uniformizar as percepções de usabilidade e aceitabilidade dos sistemas AAL. Durante o desenvolvimento desses sistemas, é fundamental especificar de maneira adequada os requisitos não funcionais que impactam a usabilidade e a aceitabilidade, considerando os requisitos legais e em experiências dos stakeholders, sendo tais aspectos relevantes para esse tipo de sistema. Esta tese apresenta o NFR-driven development (NDD), um framework que auxilia na especificação de requisitos não funcionais de usabilidade e aceitabilidade para sistemas AAL, baseado em requisitos legais e em experiência dos stakeholders. Para embasar essa proposta, foi realizado um Mapeamento Sistemático da Literatura (MSL) para identificar os principais requisitos não funcionais para sistemas AAL, incluindo requisitos legais que podem impactar o desenvolvimento desses sistemas. A partir dos resultados obtidos com a MSL, foram identificados os requisitos não funcionais que influenciam a usabilidade e a aceitabilidade dos stakeholders, bem como os requisitos legais relevantes para esse tipo de sistema. O NDD framework reúne os conceitos relevantes e fornece orientações aos engenheiros de requisitos e desenvolvedores durante o processo de especificação de requisitos não funcionais, considerando requisitos legais e a experiência dos stakeholders. Ao adotar esse framework, espera-se alcançar sistemas AAL que atendam efetivamente às necessidades e expectativas dos stakeholders, garantindo a conformidade com os requisitos legais.


  • Mostrar Abstract
  • The increase in life expectancy worldwide and the decline in birth rates have contributed to an increase in the aging of the population. This phenomenon, coupled with the rise of chronic diseases, poses growing challenges to healthcare systems in caring for the elderly to preserve their quality of life. Advances in health and technology have enabled remote monitoring of vital information, assistance in managing daily medications, and the prevention of serious accidents. In this context, technologies like Ambient Assisted Living (AAL) emerge as solutions to monitor the health, emotional state, and daily activities of the elderly, providing them with independence, safety, and well-being. To ensure that these solutions meet the needs of this audience, it is crucial to standardize the perceptions of usability and acceptability of AAL systems. During the development of such systems, it is essential to properly specify the non-functional requirements that impact usability and acceptability, considering legal requirements and stakeholders' experiences, as these aspects are relevant for this type of system. This thesis presents the NFR-driven development (NDD), a framework that assists in specifying non-functional usability and acceptability requirements for AAL systems, based on legal requirements and stakeholders' experiences. To support this proposal, a Systematic Literature Mapping (SLM) was conducted to identify the main non-functional requirements for AAL systems, including legal requirements that may impact the development of these systems. From the results obtained with the SLR, the non-functional requirements influencing stakeholders' usability and acceptability were identified, as well as the legal requirements relevant to this type of system. The NDD framework brings together relevant concepts and provides guidance to requirements engineers and developers during the process of specifying non-functional requirements, considering legal requirements and stakeholders experiences. By adopting this framework, it is expected to achieve AAL systems that effectively meet the needs and expectations of stakeholders, ensuring compliance with legal requirements.

     

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  • HENRIQUE ALVES DINARTE DA SILVA
  • PROTEÇÃO MULTICAMINHO COM OTIMIZAÇÃO DE PARTICIONAMENTO DE TAXA DE TRANSMISSÃO E DO ORDENAMENTO DE PRIORIDADE DO RSA EM REDES ÓPTICAS ELÁSTICAS.

  • Orientador : RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARCELO LUIS FRANCISCO ABBADE
  • CARMELO JOSÉ ALBANEZ BASTOS FILHO
  • IGUATEMI EDUARDO DA FONSECA
  • LUIZ HENRIQUE BONANI DO NASCIMENTO
  • RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • Data: 07/12/2023

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  • As redes ópticas de transporte são largamente utilizadas para suportar os grandes volumes de tráfego demandados por diversos serviços utilizados pela sociedade. Pesquisas mostram um alto crescimento de tais demandas ao longo dos últimos anos. Nesse contexto, as redes ópticas elásticas (EON) permitem uma flexibilidade de utilização espectral e aumento da capacidade das redes ópticas de forma adequada para se atender às crescentes demandas de tráfego. A ocorrência de falha por causa humana ou por equipamentos da rede é um evento possível que, normalmente, gera grandes perdas de dados e de receita para as operadoras. Assim, a área de sobrevivência a falhas é um requisito essencial para as EONs. Dentre os mecanismos de sobrevivência encontrados na literatura, a proteção multicaminho utiliza a técnica de divisão espectral (Split Spectrum) para dividir a taxa de transmissão requisitada em partições menores e transmiti-las simultaneamente por caminhos ópticos disjuntos. A técnica de squeezing, que permite uma redução na largura de banda requisitada por uma conexão durante a ocorrência de falha, também é comumente investigada pelos trabalhos que abordam proteção multicaminho. Essas duas técnicas associadas permitem a aplicação de estratégias de otimização para a melhoria do desempenho de EONs. Esta tese apresenta algumas heurísticas e meta-heurísticas propostas para otimizar o desempenho de redes ópticas elásticas sob esquemas de proteção multicaminho e sob tráfego dinâmico. Primeiramente, propõe-se algumas estratégias de ordenamento de priorização de aplicação de recursos no RMLSA e uma meta-heurística que utiliza algoritmo evolucionário para encontrar a melhor estratégia de ordenamento para cada par origem-destino de forma a reduzir a probabilidade de bloqueio de chamada da rede (PB). Em seguida, propõe-se o emprego de particionamento assimétrico da taxa de transmissão total das conexões nos esquemas de proteção multicaminho de forma a melhorar a utilização dos recursos da rede. Para isso, é proposta uma otimização multiobjetivo que determina o melhor particionamento para cada par origem-destino capaz de mitigar a PB como também o squeezing médio das conexões. Além disso, essa pesquisa apresenta um algoritmo de roteamento que gera grupos de rotas disjuntas, ordenados estrategicamente, e os utiliza para executar o roteamento fixo-alternativo ou dinâmico das chamadas em redes com proteção multicaminho. Também é apresentada uma nova métrica que permite medir o percentual médio de redução da taxa de transmissão requisitada, em caso de falha, em redes protegidas que admitem tal característica. Os resultados das simulações mostraram que o uso de um ordenamento híbrido de prioridade do RMLSA, aplicado individualmente a cada par origem-destino de forma otimizada, pode proporcionar uma redução significativa da probabilidade de bloqueio de requisições da rede. Os resultados também mostraram que a utilização de um particionamento assimétrico da taxa de transmissão total, otimizado para cada par origem-destino, pode promover uma redução na PB e ainda uma melhoria na fração média de banda espremida das conexões em caso de falha única de enlace.


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  • Transport optical networks have been widely used to support the significant traffic volumes demanded by various services in the society. Researches have shown a high growth in such demands over the last years. In this context, elastic optical networks (EONs) provides flexibility on spectral utilization and an increase in optical networks’ capacity adequately to meet the growing traffic demands. The occurrence of failures, usually due to human fault or network equipment breakdown, is a possible event that typically results in significant data and revenue losses for network operators. Thus, the network survivability area is an essential requirement for EONs. Among the survivability mechanisms found in the literature, multipath protection uses the split-spectrum technique to divide the requested transmission rate into smaller partitions and transmit them simultaneously throughout disjoint optical paths. The squeezing technique, which allows a reduction in the required bandwidth for a connection during a failure event, has also been commonly investigated in works addressing multipath protection. The association of these two techniques enable the application of optimization strategies for the improvement of EON performance.

    This thesis presents some proposed heuristics and metaheuristics to optimize the performance of elastic optical networks under multipath protection schemes and dynamic traffic. Firstly, some prioritization resource allocation ordering strategies in the Routing, Modulation Level, and Spectrum Assignment (RMLSA) process are proposed. Then, a metaheuristic that utilizes an evolutionary algorithm to find the best ordering strategy for each source-destination pair in order to reduce the network path-request blocking probability (PB) is introduced. Next, the use of asymmetric partitioning of the total transmission rate of connections in multipath protection schemes is proposed to enhance network resource utilization. For this, a multi-objective optimization is proposed to determine the best partitioning for each source-destination pair capable of mitigating the PB as well as the average squeezing factor of connections. Additionally, this research introduces a routing algorithm that generates groups of disjoint routes, strategically ordered, and uses them to perform fixed-alternate or dynamic routing in networks with multipath protection. A new metric is also presented, allowing the measurement of the average percentage reduction in the requested transmission rate in protected networks that admit traffic squeezing in the event of a failure. Simulation results showed that the use of a hybrid RMLSA priority ordering, applied individually to each source-destination pair in an optimized manner, can provide a significant reduction in the network path-request blocking probability. The results also demonstrated that the use of asymmetric partitioning of the total transmission rate, optimized for each source-destination pair, can promote a reduction in PB and further improve the average squeezed bandwidth fraction of connections under single link failure scenario.

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  • ALLAMYS ALLAN DIAS DA SILVA
  • SENSORES E DISPOSITIVO A FIBRA ÓPTICA BASEADOS EM EFEITO MAGNETO-ÓPTICO.

  • Orientador : JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTONIO AZEVEDO DA COSTA
  • CHARLIE SALVADOR GONCALVES
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • LUIS HENRIQUE VILELA LEAO
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • Data: 15/12/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Desde quando foi utilizado para em antigas embarcações para orientação geográfica, até os dias de hoje onde é usado para o tratamento de canceres e tumores, o uso do campo magnético vêm trazendo uma evolução tecnológica tanto na construção de dispositivos, como nos mais diferentes procedimentos, e para sua devida aplicação o monitoramento nominal do campo magnético é essencial. Nesse sentido, este projeto de tese apresenta estudos, de modelagem computacional e experimentais, para construção de sensores e dispositivos à fibra óptica, que utilizam os efeitos Faraday e Kerr magneto-ópticos. Os sensores propostos nesta tese são capazes de fazer o monitoramento de campo magnético com sensibilidade e faixa de operação variadas, em que uma das configurações pode alcançar uma faixa de operação de 0 à 200 mT. Devido a aplicação específicas, onde há variações de temperatura, também foi feito um estudo de como a temperatura pode afetar a modulação do sinal, bem como formas de mitigar sua influência. Os resultados de sensibilidade obtidos são comparáveis com os encontrados na literatura, tendo uma das estruturas simuladas alcançado uma resolução de 0,051 mT. Os estudos realizados tem um viés de projetar e caracterizar a estrutura do sensor para que seu sinal seja otimizado a depender de sua aplicação.  Vale destacar que o sistema construído experimentalmente também serve para finalidade de caracterizar materiais magnético, e obter paramentos magneto-ópticos desses materiais. Por fim, também é prosto nessa tese um dispositivo para controlar a polarização de uma onda eletromagnética, baseado no Efeito Faraday magneto-óptico e na absorção em uma fibra perfil D metalizada. O dispositivo pode ser controlado eletronicamente por solenoides, o que possibilita um melhor desempenho, quando comparado com controladores mecânicos. Por fim, os resultados das simulações mostram que o dispositivo pode polarizar e controlar a polarização da luz com uma perda de inserção máxima de 5,71 dB para uma onda não polarizada e mínima de 2,61 dB para uma onda já polarizada


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  • From when it was used in ancient vessels for geographic orientation, to today where it is used to treat cancers and tumors, the use of the magnetic field has brought technological evolution both in the construction of devices and in the most different procedures, and for its proper application, nominal monitoring of the magnetic field is essential. In this sense, this thesis project presents computational modeling and experimental studies for the construction of fiber optic sensors and devices, which use the magneto-optical Faraday and Kerr effects. The sensors proposed in this thesis are capable of monitoring the magnetic field with varying sensitivity and operating range, in which one of the configurations can reach an operating range of 0 to 200 mT. Due to specific applications, where there are temperature variations, a study was also carried out on how temperature can affect signal modulation, as well as ways to mitigate its influence. The sensitivity results obtained are comparable with those found in the literature, with one of the simulated structures achieving a resolution of 0.051 mT. The studies carried out aim to design and characterize the sensor structure so that its signal is optimized depending on its application. It is worth highlighting that the experimentally constructed system also serves the purpose of characterizing magnetic materials, and obtaining magneto-optical parameters from these materials. Finally, this thesis also proposes a device to control the polarization of an electromagnetic wave, based on the magneto-optical Faraday Effect and absorption in a metallized D-shape fiber. The device can be electronically controlled by solenoids, which allows for better performance when compared to mechanical controllers. Finally, the simulation results show that the device can polarize and control the polarization of light with a maximum insertion loss of 5.71 dB for an unpolarized wave and a minimum of 2.61 dB for an already polarized wave.

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  • RAPHAEL DE MEDEIROS SOUTO MAIOR BALTAR
  • ESTRATÉGIAS DE OPTIMIZAÇÃO DE SISTEMA DE SENSORIAMENTO PLASMÔNICO COLORIMÉTRICO: EXPLORANDO NANOCASCAS METÁLICAS E ADAPTAÇÃO CROMÁTICA.

     

  • Orientador : RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDERSON MONTEIRO AMARAL
  • EMERY CLEITON CABRAL CORREIA LINS
  • JOAO MARCELO XAVIER NATARIO TEIXEIRA
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • Data: 20/12/2023

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  • Sensores colorimétricos que operam com base na ressonância plasmônica de superfície localizada têm ganhado destaque tanto na academia quanto na indústria, sendo aplicados em diversas áreas, incluindo medicina, biologia e química.  O uso de sensores colorimétricos está limitado ao desenvolvimento de plataformas sensoras de alta sensibilidade, à dependência inerente as fontes de iluminação e ao sistema de leitura utilizados, que garantem a robustez do sensoriamento. A presente tese de Doutorado, teve como objetivo avaliar o uso de adaptação cromática e nanocascas metálicas (núcleo de SiO2 e cascas de prata e ouro) para o estabelecimento de sistema colorimétrico de sensoriamento.  Aqui considera-se o sistema de sensoriamento composto de nanoplataforma sensora (nanocascas) e sistema de leitura colorimétrica. Foi estabelecido um procedimento de otimização da sensibilidade colorimétrica da nanoplataforma sensora considerando a influência das propriedades geométricas das nanocascas, de diferentes fontes de iluminação e a utilização de diversos espaços de cores. Teoria de Mie foi explorada na análise da resposta espectral das nanopartículas. O sistema de leitura colorimétrico concebido utilizou um procedimento autorreferenciado de processamento de imagem, baseado em adaptação cromática. A implementação de técnicas de adaptação cromática foi empregada como estratégia para aprimorar a robustez das medições colorimétricas em diferentes condições de iluminação.   Foram identificadas as plataformas sensoras de maior sensibilidade colorimétrica e que atenderam ao critério de linearidade estabelecido. A nanocasca de ouro com raio de 10 nm e espessura da casca de 5 nm apresentou maior sensibilidade colorimétrica (4,7 ) para o componente de cor Hue (Espaço de cor HSV) e a nanocasca de prata com raio de 20 nm e espessura da casca de 5 nm alcançou máxima sensibilidade colorimétrica (5,57 ) para o componente de cor Saturação (Espaço de cor IHSV). A técnica de adaptação cromática “XYZ Scaling” reduziu a distância de cor média em até 96% entre as imagens da plataforma sensora sob diferentes iluminantes.  Os resultados representam uma contribuição significativa no aumento da sensibilidade de nanosensores plasmônicos e da confiabilidade de medições colorimétricas diante das variações inerentes às fontes de iluminação.


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  • Colorimetric sensors that operate based on localized surface plasmon resonance have gained prominence in both academia and industry, being applied in several areas, including medicine, biology and chemistry. The use of colorimetric sensors is limited to the development of high sensitivity sensor platforms, the inherent dependence on the lighting sources and the reading system used, which guarantee the robustness of the sensing. The present Doctoral thesis aimed to evaluate the use of chromatic adaptation and metallic nanoshells (SiO2 core and silver and gold shells) for the establishment of a colorimetric sensing system. Here we consider the sensing system composed of a nanosensor platform (nanoshells) and a colorimetric reading system. A procedure for optimizing the colorimetric sensitivity of the nanosensor platform was established considering the influence of the geometric properties of the nanoshells, different lighting sources and the use of different color spaces. Mie theory was explored in the analysis of the spectral response of nanoparticles. The designed colorimetric reading system used a self-referenced image processing procedure, based on chromatic adaptation. The implementation of chromatic adaptation techniques was used as a strategy to improve the robustness of colorimetric measurements in different lighting conditions. The sensor platforms with the highest colorimetric sensitivity and that met the established linearity criterion were identified. The gold nanoshell with a radius of 10 nm and a shell thickness of 5 nm showed greater colorimetric sensitivity (4.7 ) for the Hue color component (HSV color space) and the silver nanoshell with a radius of 20 nm and shell thickness 5 nm shell achieved maximum colorimetric sensitivity (5.57 ) for the Saturation color component (IHSV color space). The “XYZ Scaling” chromatic adaptation technique reduced the average color distance by up to 96% between images from the sensor platform under different illuminants. The results represent a significant contribution to increasing the sensitivity of plasmonic nanosensors and the reliability of colorimetric measurements in the face of variations inherent to lighting sources.

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  • SANDRA JOHANA MENDOZA CARREÑO DE HOLANDA
  • LASERS ALEATÓRIOS: DESENVOLVIMENTO, CARACTERIZAÇÃO E GERAÇÃO DE IMAGENS DENTÁRIAS.

  • Orientador : RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE DE LIMA MOURA
  • CLÁUDIA CRISTINA BRAINER DE OLIVEIRA MOTA
  • DENISE MARIA ZEZELL
  • ISABEL CRISTINA DOS SANTOS CARVALHO
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • Data: 21/12/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • Lasers aleatórios (RLs) surgem com grande impulso na exploração da fotônica para estudos de sistemas complexos e sistemas biológicos. Esta tese aborda a construção, caracterização e aplicação de RLs de diferentes materiais de ganho e dispersão, visando o uso dele no sistema de imagem de transiluminação óptica de tecidos biológicos. Além de ser estudadas as flutuações aleatórias de intensidade de emissão de laser, observando-se a existência de estatísticas não gaussianas do tipo Lévy, distribuição de Izrailev e a quebra de simetria de réplica usando RL de corante de Rodamina 6G com nanopartículas de . Nesta tese a emissão de baixa coerência dos RLs foram exploradas para gerar imagens livres de manchas de tecidos biológicos. No primeiro capítulo deste texto é feita uma introdução aos RLs e suas aplicações na área da óptica biomédica. O segundo capítulo enfoca na descrição teórica da emissão dos RLs coloidais e de estado sólido. O terceiro capítulo apresenta a construção e caracterização de RLs, com a observação de efeitos não-lineares e transições de fase fotônica em sistemas de RLs. Foram analisados um grande conjunto de espectros da emissão do RL, para análise estatística da radiação. No quarto capítulo, apresenta-se o uso do RL na técnica de imagem por transiluminação para geração caracterização de sistemas biológicos. Neste caso usou-se um corante orgânico de Piridina2 em etileno glicol com nanopartículas espalhadoras de , para geração de RL com emissão na primeira janela biológica (750nm). Foi avaliado experimentalmente a coerência da emissão de RL, com a quantificação do comprimento de coerência da radiação laser (13 mm). Foi demonstrado, pela primeira vez o uso de RL na técnica de transiluminação óptica para geração de imagem de tecido dentário. Os resultados indicam que o RL de Piridina2 é uma fonte de grande potencial para gerar imagens de tecido dentário livre de manchas (Speckles) no infravermelho próximo.


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  • Random laser (RLS) emerges with great boost in photonic exploration for complex systems studies and biological systems. This thesis addresses the construction, characterization and application of RLS of different gain and dispersion materials, aiming at its use in the optical transillumination system of biological tissues. In addition to being studied random laser emission intensity fluctuations, observing the existence of non-Gaussian statistics of the type Lévy, distribution of Izrailev and breaking replica symmetry using 6G Rhodamine RL with nanoparticles of . In this thesis the low coherence issuance of the RLs were explored to generate images free of biological tissue blemishes. In the first chapter of this text an introduction to RLs and its applications in the area of biomedical optics is made. The second chapter focuses on the theoretical description of the emission of colloidal and solid state RLs. The third chapter presents the construction and characterization of RLs, with the observation of nonlinear effects and photonic phase transitions on RLs systems. A large set of RL emission spectra were analyzed for statistical analysis of radiation. In the fourth chapter, the use of RL is presented in the transillumination image technique for generation characterization of biological systems. In this case, an organic Pyridine2 dye was used in ethylene glycol with nanoparticles,  to generate RL with emission in the first biological window (750nm). Experimentally evaluated the coherence of RL emission, with the quantification of laser radiation coherence length (). The use of RL was first demonstrated in the optical transitional technique for dental tissue image generation. The results indicate that Pyridine2 RL is a source of great potential to generate images of spot free dental fabric in the nearby infrared.

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  • JOSÉ MARIO ALEXANDRE MELO DE OLIVEIRA
  • OTIMIZAÇÃO E AUTOMAÇÃO DE FASE E AMPLITUDE DE UM SISTEMA DE ARRANJO DE ANTENAS INTELIGENTES.

  • Orientador : MARCOS TAVARES DE MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BRUNO AGRA KLEINAU
  • BRUNO GOMES MOURA DE OLIVEIRA
  • CRISLANE PRISCILA DO NASCIMENTO SILVA
  • DANIEL DE FILGUEIRAS GOMES
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • Data: 22/12/2023
    Ata de defesa assinada:

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  • O conceito de supervisório para monitoramento de uma smart grid de uma concessionária de distribuição de energia elétrica é introduzido neste trabalho. É descrito um sistema de antena inteligente comutada composto por: dois arranjos de quatro antenas Yagi-Uda montados em back-to-back; um circuito de formação de feixe (CFF); e um Controle de Arranjo de Antenas (CAT), cuja principal característica é que seu lóbulo principal seja maximizado usando o método de otimização por enxame de partículas (Particle Swarm Optimization - PSO), enquanto seus lóbulos laterais são minimizados. A aplicação do PSO integrado ao software de simulação eletromagnética 3D Ansys HFSS obteve excelentes resultados e foi validado em experimentos práticos. Os resultados medidos em campo aberto estão de acordo com as simulações e são comparáveis com o arranjo das concessionárias de distribuição de energia. Como esperado, os ganhos obtidos mostraram-se maiores, quando os lóbulos principais foram apontados para os ângulos objetivos. Essas características atendem às necessidades de um sistema de controle supervisório para empresas de distribuição de energia elétrica, que necessitam de redes de comunicação RF de alto ganho para monitorar chaves religadoras elétricas distantes em uma área de abrangência das respectivas estações rádio base.

    Aqui também são analisados o desempenho do sistema e proposto um modo de realizar previsão de perdas de pacotes baseadas nos parâmetros do CFF e índices de transmissão do rádio e do CAT. Toda a configuração aqui descrita foi testada teve um desempenho muito bom, e certamente é uma abordagem promissora para acesso as estações remotas das empresas de distribuição de energia elétrica sem a necessidade de instalar repetidores adicionais.

     


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  • The supervisory concept for monitoring a smart grid of an electricity distribution concessionaire is introduced in this document. This describes a switched smart antenna system composed of: two arrays of four Yagi-Uda antennas mounted back-to-back; a beam forming circuit (CFF); and an Antenna Array Control (CAT), whose main characteristic is that its main lobe is maximized using the particle swarm optimization method (Particle Swarm Optimization - PSO), while its side lobes are minimized. The application of PSO integrated with the Ansys HFSS 3D electromagnetic simulation software obtained excellent results and was validated in practical experiments. The results measured in the open field are in accordance with the simulations and are comparable with the arrangement of energy distribution concessionaires. As expected, the gains obtained were greater when the main lobes were pointed at the objective angles. These characteristics meet the needs of a supervisory control system for electrical energy distribution companies, which require high-gain RF communication networks to monitor distant electrical reclosing switches in an area covered by the respective radio base stations.

    Here, system performance is also analysed and a way to predict packet losses based on CFF parameters and radio and CAT transmission rates is proposed. The entire configuration described here was tested and performed very well, and is certainly a promising approach for accessing remote stations of electricity distribution companies without the need to install additional repeaters.

2022
Dissertações
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  • RAFAEL MENDES CAMPELLO
  • MACHINE LEARNING APPLICATIONS IN COMMUNICATION SYSTEMS DECODING.

  • Orientador : CECILIO JOSE LINS PIMENTEL
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CECILIO JOSE LINS PIMENTEL
  • DANIEL PEDRO BEZERRA CHAVES
  • JOSE SAMPAIO DE LEMOS NETO
  • TARCISIO FERREIRA MACIEL
  • Data: 11/02/2022

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  • O uso de técnicas de aprendizagem de máquina em diferentes campos acadêmicos e profissionais confirma sua utilidade teórica e prática. O campo de comunicações não é exceção, possuindo diversas aplicações em problemas estabelecidos. Este trabalho faz uma investigação de diferentes formas de utilizar modelos baseados em aprendizagem de máquina em três problemas distintos envolvendo decodificação em sistemas de comunicação, buscando demonstrar sua flexibilidade e apresentar formas alternativas de se obter resultados clássicos que empregam algoritmos estabelecidos, ou até mesmo obter desempenhos melhores em situações específicas.

    O primeiro problema trata de canais Markov-Gauss e compara um modelo de aprendizagem de máquina com o modelo oculto de Markov usualmente empregado, o segundo trata de sistemas de comunicação baseados em acesso múltiplo não ortogonal e compara um modelo de aprendizagem com o algoritmo de decodificação usualmente empregado, o terceiro trata de um sistema de comunicação baseado em caos em que uma rede neural é utilizada na decodificação em comparação com a decodificação por máxima verossimilhança.


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  • The usage of machine learning (ML) techniques in different academic and professional fields confirms its theoretical and practical utility. The communications field is no exception, in fact, models that learn from data were already in use prior to the recent advancement in the ML field. This work investigates different kinds of usage that can be done with ML models in three different problems, seeking to show their high flexibility and present alternative ways of obtaining classical results which employ well established algorithms, or even outperform them in some scenarios. The first problem discusses the so-called Markov-Gaussian channels and compares a ML model with the already common hidden Markov models approach. The second problem deals with non-orthogonal multiple access transmissions and compares a ML model with the usually employed decoding algorithm. The third presents a chaos-based communication system and compares the maximum likelihood decoding to a neural network-based one.

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  • LEON PEREIRA PONTES
  • DEFASADOR DE MICROFITA BASEADO NA GEOMETRIA FRACTAL DE HILBERT.

  • Orientador : MARCOS TAVARES DE MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELIAS MARQUES FERREIRA DE OLIVEIRA
  • MANUELLE REGINA TAVARES DE OLIVEIRA
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • Data: 18/02/2022

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  • Este trabalho apresenta os objetivos, métodos e resultados de um defasador de microfita baseado na geometria fractal de Hilbert. Consiste no design de um defasador digital de 3 bits, utilizando linhas de atraso de diferentes comprimentos, desenvolvido em microfita. Devido a sua propriedade de preenchimento de espaço, a curva fractal de Hilbert é apresentada neste trabalho para a implementação de linhas de atraso com tamanhos reduzidos. Para o chaveamento das linhas, foi simulado e implementado um circuito de chaveamento baseado em diodos PIN. A fim de possibilitar uma integração mais direta com outros dispositivos e sistemas, em que esse defasador pode ser integrado, ele foi projetado para uma impedância característica de 50 ohms. Os resultados para as linhas de atraso, o circuito de chaveamento e do dispositivo final são apresentados nesse trabalho. Os resultados teóricos, de simulação e medidos são comparados.


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  • This report presents the goals, methods and results from the Hilbert Fractal Geometry Based Microstrip Phase Shifter. It consists on the design of a 3-bit digital phase shifter, using delay lines with different lengths, designed with microstrip. Due to its space-filling property, the Hilbert fractal curve is presented in this work for the implementation of delayed lines with reduced sizes. Regarding the switching of lines, a switching circuit based on PIN diodes was simulated and implemented. In order to allow a more direct integration with other devices and systems where this device can be integrated, it was designed for a characteristic impedance of 50 ohms. The results for the delay lines, the switching circuit and the final device are presented in this work. Theoretical, simulation and measured results are compared.

     

3
  • RODRIGO FONTAN ARRUDA CEDRIM
  • FORMAS DE ONDA NÃO-ORTOGONAIS PARA SISTEMAS 6G USANDO RÁDIO DEFINIDO POR SOFTWARE.

  • Orientador : JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • DANIEL CARVALHO DA CUNHA
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • JOSE SAMPAIO DE LEMOS NETO
  • LEONARDO DIDIER COELHO
  • Data: 26/08/2022

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  • Esta dissertação trata da avaliação de formas de onda não ortogonais do tipo Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing (SEFDM), onde é possível aumentar a eficiência espectral em comparação a sistemas Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) através da compressão do espaçamento entre subportadoras abaixo do limite da ortogonalidade. A quebra da ortogonalidade causa o aparecimento de Interferência Entre Subportadoras (ICI), que fica mais intensa de acordo com o aumento da compressão do espectro. O desempenho do SEFDM foi comparado com o OFDM, que é a forma de onda utilizada no 5G NR, tanto em simulações como de forma experimental no contexto da Sexta Geração de Comunicações Móveis (6G). Durante as simulações, os sistemas foram analisados quanto à Taxa de Erro de Bit (BER) com e sem a aplicação de códigos corretores de erro do tipo Low Density Parity Check (LDPC), quanto a eficiência espectral e a Peak-to-Average Power Ratio (PAPR). Os experimentos foram realizados considerando dois cenários no contexto de 5G e além, sendo eles o canal sem fio e Rádio sobre Fibra (RoF). Os transmissores e receptores foram implementados no GNURadio, uma plataforma open-source para trabalhar com Rádio Definido por Software (SDR) e através dele foi possível realizar as transmissões e receber os sinais.


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  • This work deals with the evaluation of non-orthogonal waveforms of the type Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing (SEFDM), in which it is possible to increase the spectral efficiency compared to Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems by compressing the spacing between subcarriers below the orthogonality limit. The break of the orthogonality causes the appearance of Inter-Carrier Interference (ICI), which becomes more intense as the spectrum compression increases. The performance of SEFDM was compared with OFDM, which is the waveform used in 5G NR, both in simulations and experimentally in the context of Sixth Generation of mobile communications 6G. During the simulations, the systems were analyzed for Bit Error Rate (BER) with and without the application of error correcting codes of the type Low Density Parity Check (LDPC), for spectral efficiency and Peak-to-Average power Ratio (PAPR). The experiments were carried out considering two scenarios in the context of 5G and beyond, namely the wireless channel and Radio Over Fiber RoF. The transmitters and receivers were implemented in GNURadio, an open-source platform to work with Software Defined Radios SDR and through it was possible to carry out the transmissions and receive the signals.

4
  • VALESCKA RAYSA MOURA SOARES DE BARROS
  • APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE MACHINE LEARNING NA DETECÇÃO DE PERDAS NÃO TÉCNICAS .

  • Orientador : RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AIDA ARAUJO FERREIRA
  • JONATA CAMPELO DE ALBUQUERQUE
  • RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • Data: 29/08/2022

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  • O alto índice de perdas não técnicas (PNT), também conhecidas como perdas comerciais (PC), afeta diretamente o faturamento das distribuidoras de energia elétrica no Brasil, onde, apenas no ano de 2020 chegaram a subtrair cerca de 7,5% do montante de energia adquirido pelas concessionárias. O prejuízo é repassado para os consumidores até o limite regulatório, a diferença entre o limite regulatório e o total de PNT é custeado pelas distribuidoras. As ações de combate às PNT nem sempre são assertivas, causando ainda mais prejuízos para as empresas. Afim de direcionar as inspeções vêm se utilizando algoritmos de ML para detectar clientes que possivelmente estão desviando energia ou possuem alguma falha em seu sistema de medição e faturamento. Este trabalho simula esta situação usando uma base de dados real e realizando testes com os algoritmos Multilayer Perceptron, K-means e Agrupamento hierárquico, aplicando técnicas de tratamento de dados. Foi utilizada a IDE Jupyter, disponibilizada no software Anaconda. Cada modelo foi testado utilizando a base de dados pura, usando a base de nados normalizada e também com a base de dados padronizada. O modelo que obteve o melhor resultado foi o MLP, com uma acurácia de 69%, no entanto são necessários a implementação de outras técnicas de tratamento de dados para obter um melhor tempo de processamento.


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  • The high rate of non-technical losses (PNT), also known as non-technical losses (PC), directly affects the billing of energy distributors electricity in Brazil, where, in the year 2020 alone, they subtracted around 7.5% of the amount of energy purchased by the concessionaires. The loss is passed on to consumers up to the regulatory limit, the difference between the regulatory limit and the total of PNT is paid for by the distributors. Actions to combat PNT are not always assertive, causing even more damage to companies. in order to direct inspections have been using ML algorithms to detect customers who  possibly they are diverting energy or have a fault in their system of  metering and billing. This work simulates this situation using a base of real data and performing tests with the Multilayer Perceptron, K-means and Hierarchical grouping, applying data processing techniques. was used the Jupyter IDE, available in Anaconda software. Each model was tested using the pure database, using the normalized database and also with the of standardized data. The model that obtained the best result was the MLP, with a  accuracy of 69%, however the implementation of other techniques of data processing to obtain a better processing time.

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  • CARLOS HENRIQUE JERONIMO DE OLIVEIRA
  • SENSOR À FIBRA ÓPTICA HETERONÚCLEO MSM PARA MONITORAMENTO DA DENSIDADE DE ELETRÓLITO DE BATERIAS DE CHUMBO-ÁCIDO.

  • Orientador : JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JEAN CARLOS CARDOZO DA SILVA
  • DANIEL DE FILGUEIRAS GOMES
  • JEHAN FONSECA DO NASCIMENTO
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • Data: 20/12/2022

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  • Na presente dissertação realizamos a investigação experimental de um sensor à fibra óptica com estrutura heteronúcleo, tendo a finalidade de avaliar a viabilidade deste como possível candidato para o monitoramento do estado de carga de baterias de chumbo-ácido. A estrutura utilizada é formada por uma fibra óptica monomodo (SMF - Single Mode Fiber) unida com uma fibra multimodo (MMF - Multi-Mode Fiber) em cada uma de suas extremidades, formando um arranjo multimodo-monomodo-multimodo (MSM), onde a fibra SMF é a parte sensora da estrutura. Com intuito de se obter um sensor compacto e de boa sensibilidade, foram realizados experimentos com comprimentos distintos de SMF, de tal modo que fosse possível selecionar o mais adequado para a aplicação proposta. As medições são realizadas variando o índice de refração externo à SMF, primeiramente com amostras de glicerina diluída em água, para caracterização do sensor, e, por fim, com amostras de eletrólito de bateria de chumbo-ácido com diferentes concentrações. O sensor final consiste no uso de uma fibra óptica SMF com comprimento de 30 mm, e a resolução obtida é de 1,85 g/L do eletrólito, de modo que o sensor é capaz de detectar diferentes níveis de carga em diferentes tipos de baterias de chumbo-ácido.


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  • Na presente dissertação realizamos a investigação experimental de um sensor à fibra óptica com estrutura heteronúcleo, tendo a finalidade de avaliar a viabilidade deste como possível candidato para o monitoramento do estado de carga de baterias de chumbo-ácido. A estrutura utilizada é formada por uma fibra óptica monomodo (SMF - Single Mode Fiber) unida com uma fibra multimodo (MMF - Multi-Mode Fiber) em cada uma de suas extremidades, formando um arranjo multimodo-monomodo-multimodo (MSM), onde a fibra SMF é a parte sensora da estrutura. Com intuito de se obter um sensor compacto e de boa sensibilidade, foram realizados experimentos com comprimentos distintos de SMF, de tal modo que fosse possível selecionar o mais adequado para a aplicação proposta. As medições são realizadas variando o índice de refração externo à SMF, primeiramente com amostras de glicerina diluída em água, para caracterização do sensor, e, por fim, com amostras de eletrólito de bateria de chumbo-ácido com diferentes concentrações. O sensor final consiste no uso de uma fibra óptica SMF com comprimento de 30 mm, e a resolução obtida é de 1,85 g/L do eletrólito, de modo que o sensor é capaz de detectar diferentes níveis de carga em diferentes tipos de baterias de chumbo-ácido.

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  • ANTONY JUNIO BARBOSA DE SOUZA
  • PROCESSAMENTO DE SINAIS SOBRE GRAFOS COM UMA APLICAÇÃO À DETECÇÃO DE SUPERAQUECIMENTO EM QUADROS DE ENERGIA ELÉTRICA.

  • Orientador : JULIANO BANDEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FELIPE ALBERTO BARBOSA SIMÃO FERREIRA
  • FERNANDO JOSE RIBEIRO SALES
  • JOSE RODRIGUES DE OLIVEIRA NETO
  • JULIANO BANDEIRA LIMA
  • Data: 22/12/2022

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  • Nas últimas décadas, diversos avanços tecnológicos têm permitido a produção e o armazenamento massivo de dados relacionados a uma variedade de cenários do mundo real. Muitos desses cenários podem ser representados como redes sobre as quais os respectivos dados são distribuídos. É o caso, porexemplo, de uma rede de sensoreses espacialmente dispostos dedicada à realização de medições que se inter-relacionam de alguma forma, compondo o que seria um sinal sobre a rede emquestão. Em geral, cenários como o exemplificado podem ser modelados como um grafo a cujos nós estão associadas amostras de um sinal. Para lidar com sinais dessa natureza, foiproposto o processamento de sinais sobre grafos (GSP), o qual, em linhas gerais, busca estender para o chamado domínio dos vértices conceitos e operações do processamento de sinais clássico, dedicado analisar sinai sem domínios como o tempo discreto apenas. Nesta dissertação, é apresentado um estudo revisivo sobre os fundamentos do processamento de sinais sobre grafos, com ênfase em aplicações da respectiva teoria em problemas relacionados a redes de sensores. Como contribuição original deste trabalho, é realizado um estudo de caso que consiste em aplicar o GSP à detecção de super aquecimento em quadros de energia elétrica. O referido estudo considera a rede elétrica de um grande hospital da região metropolitana do Recife, modelando-a como um grafo cujos nós correspondem aos quadros de energia. Feitas as devidas ressalvas, relativas principalmente à limitada quantidade de dados disponíveis para realização do estudo, os resultados obtidos sugerem que o GSP pode ser uma ferramenta útil para aplicação em questão, provendo indícios satisfatórios sobre o aparecimento de pontos quentes na rede analisada. 


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  • In recent decades, several technological advances have allowed the massive production and storage of data related to a variety of real-world scenarios. Many of these scenarios can be represented as networks over which the respective data is distributed. This is the case, for example, of a network of spatially arranged sensors dedicated to peforming measurements that are interrelated in some sense, composing what would be a signal over the network in question. In general, scenarios like the one exemplified can be modeled as a graph whose nodes are associated with samples of a signal. To deal with signals of this nature, graph signal processing (GSP) was proposed, which seeks to extend to the so-called vertex domain concepts and operations of classical signal processing, dedicated to analyzing signals in domains such as discrete-time only. In this dissertation, a review on the fundamentals of graph signal processing is presented, with emphasis on applications of the respective theory in problems related to sensor networks. As an original contribution of this work, a case study is carried out, which consists of applying GSP to detect overheating in electrical energy switchboards. This study considers the electrical network of a large hospital in the metropolitan region of Recife, modeling it as a graph whose nodes correspond to the energy switchboards. Despite limitations mainly related to the restricted amount of data available for the study, the results obtained suggest that the GSP can be a useful tool for the application in question, providing satisfactory evidence about the appearance of hot spots in the analyzed network. 

Teses
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  • RODRIGO DE PAULA MONTEIRO
  • TREINANDO UM EXTRATOR DE CARACTERÍSTICAS BASEADO EM APRENDIZADO PROFUNDO PARA USO EM DETECÇÃO DE ANOMALIAS

  • Orientador : JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANTHONY JOSÉ DA CUNHA CARNEIRO LINS
  • BRUNO JOSE TORRES FERNANDES
  • BYRON LEITE DANTAS BEZERRA
  • CARMELO JOSÉ ALBANEZ BASTOS FILHO
  • MANASSÉS RIBEIRO
  • Data: 17/02/2022

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  • A detecção de anomalias consiste em identificar padrões que divirjam de comportamentos tidos como normais. Ela é uma importante área de estudos, cuja aplicabilidade se estende a diversos domínios, como a segurança de redes de comunicação, a detecção de doenças, a identificação de fraudes, dentre outros. A detecção de anomalias configura-se como uma etapa essencial de processos que envolvem tomadas de decisão, como o planejamento de manutenções em fábricas ou o início do tratamento de doenças graves. Comportamentos anômalos podem ser provocados por erros ou eventos ainda desconhecidos pelo sistema de detecção. A detecção de anomalias apresenta uma série de desafios que a distanciam de problemas de classificação tradicionais. Um deles diz respeito ao desbalanceamento dos dados disponíveis para treinar o modelo de detecção. A inexistência, ou existência em pequenas quantidades, de dados pertencentes às classes anômalas é bastante comum em problemas reais. Isto torna difícil a definição de uma região no espaço amostral que contenha todos os comportamentos normais possíveis, sem compreender os anômalos. Diversas técnicas foram desenvolvidas ao longo dos anos para tratar deste problema. No entanto, um grupo de técnicas tem ganhando atenção especial da comunidade acadêmica. Tal grupo baseia-se no uso de aprendizado profundo. Este consiste no processamento da informação através de múltiplas camadas, tornando possível a obtenção de representações mais significativas da informação de entrada para um dado problema de classificação ou regressão. Apesar dos avanços obtidos, o uso de aprendizado profundo na detecção de anomalias ainda apresenta algumas dificuldades, principalmente na obtenção de características capazes de representar de forma satisfatória a classe normal, ao mesmo tempo em que a diferencie da classe anômala. Este trabalho apresenta as etapas do desenvolvimento de um sistema para a detecção de anomalias baseado na atuação conjunta de técnicas profundas e tradicionais de aprendizado de máquina. As primeiras abordagens analisadas consistiram de algoritmos treinados de forma supervisionada, supondo-se que todas as classes anômalas eram conhecidas, visando promover um melhor entendimento acerca do problema. Em seguida, partiu-se para as abordagens nas quais o treinamento do algoritmo foi realizado apenas com dados pertencentes à classe normal. Dentre as técnicas propostas na tese, a que apresentou o resultado mais promissor envolveu o treinamento do extrator de características em conjunto com um processo de seleção de protótipos. A técnica apresentou valores médios de AUC relativamente altos e estáveis, e.g., acima de 0,95, para um nicho de problemas de detecção de anomalias. Todos os modelos treinados foram avaliados com bases de dados compostas por espectrogramas de sinais sonoros e de vibração, coletados por sensores posicionados em dispositivos eletromecânicos.


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  • The anomaly detection consists of identifying patterns that differ from an expected behavior. It is an important field of study, whose applicability extends to several domains, such as the security of communication networks, the detection of diseases and frauds, among others. The anomaly detection is an essential step in decision-making processes, such as planning the factory maintenance or starting the treatment of serious illnesses. Anomalous behaviors can be caused by errors in the process or by events not known by the detection system. Anomaly detection presents some challenges that makes it different from a traditional classification problem. One of them concerns the unbalance of the data available to train the anomaly detection model. The lack, or even the availability in small quantities of data belonging to the anomalous classes are quite common situations in real-world problems. It makes difficult to define a region in space that contains all possible normal behaviors without comprising the anomalies. Several techniques have been developed over the years to address this problem. However, a group of techniques has gained special attention from the academic community. Such techniques are based on the use of deep learning. They consist of processing information across multiple layers, making it possible to obtain more meaningful representations of the input information for a given classification or regression problem. Despite the advances achieved in this field, using deep learning in anomaly detection tasks still presents some difficulties, especially in obtaining characteristics capable of representing the normal class in a satisfactory way, while simultaneously distinguishing it from the anomalous class. This paper presents the development stages of an anomaly detection system based on the joint operation of deep and traditional machine learning techniques. The first approaches that we analyzed consisted of supervised trained algorithms, assuming that all anomalous classes were known, to promote a better understanding of the problem. Then, we proceeded to the approaches in which the training of the algorithm was performed only by using data belonging to the normal class. Among the techniques proposed in the thesis, the one that presented the most promising results regarded the training of the feature extractor together with a prototype selection process. The technique presented relatively high and stable mean AUC values, e.g., above 0.95, for a niche of anomaly detection problems. The trained models were evaluated with databases composed of sound and vibration signal spectrograms, collected by sensors placed on electromechanical devices.

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  • CRISLANE PRISCILA DO NASCIMENTO SILVA
  • INTEFERÔMETRO E SENSOR MULTIBANDA BASEADOS NA CURVA FRACTAL DE HILBERT.

  • Orientador : MARCOS TAVARES DE MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EVANDRO CONFORTI
  • ADAILDO GOMES D ASSUNCAO
  • IGNACIO LLAMAS GARRO
  • JOAO CRISOSTOMO WEYL ALBUQUERQUE COSTA
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • Data: 21/02/2022

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  • A geometria fractal vem sendo amplamente estudada e aplicada nos projetos de dispositivos planares de micro-ondas. Devido suas propriedades de auto-semelhança e auto-preenchimento, elas são aplicadas no projeto de filtros, de superfícies seletivas em frequências, de antenas, etc, principalmente para obter a miniaturização de suas estruturas e melhora de suas respostas em frequência.  Nesse sentido, esta tese propõe usar a curva fractal de Hilbert para miniaturização de dois dispositivos de micro-ondas. O primeiro é um interferômetro planar reconfigurável em que a linha de atraso é baseada na segunda interação da curva fractal de Hilbert. Diodos PINs são usados para chavear entre os estados ou linhas de atrasos. A reconfiguração da curva fractal de Hilbert aliada com o conceito da fractalidade, possibilita o projeto de interferômetros mais compactos. Resultados de simulação e experimentais são aqui apresentados para um interferômetro de 3 bits que opera entre 2,7 a 4,5 GHz. O segundo dispositivo consiste em sensor multibanda fractal utilizando a quarta iteração da curva fractal de Hilbert que é utilizada para se obter um ressoador compacto. No projeto, os resultados de simulação e medição são apresentados e eles estão em boa concordância. O sensor apresenta cincos frequências de ressonâncias: 0,59, 1,73, 2,84, 3,88 e 4,92 GHz. Curvas de calibração foram levantadas com substratos de permissividades conhecidas e elas tiverem alto grau linear. Os resultados mostram que é possível utilizar o sensor para caracterizar permissividade real de substratos com baixas perdas em cinco frequências diferentes.


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  • Fractal geometry has been widely studied and applied in the design of microwave planar devices. Due to their properties of self-similarity and self-filling, they are applied in the design of filters, selective surfaces in frequencies, antennas, etc., mainly to obtain the miniaturization of their structures and improvement of their frequency responses. In this sense, this thesis project proposes to use Hilbert's fractal curve for miniaturization of two microwave devices. The first one is a reconfigurable planar interferometer in which the delay line is based on the second interaction of the Hilbert fractal curve. PIN diodes are used to switch between states or lines of delays. The reconfiguration of Hilbert's fractal curve, which has the property of self-filling space, allows the design of more compact interferometers. Simulation and experimental results are presented here for a 3-bit interferometer that operates between 2.7 to 4.5 GHz. The second device consists of a multi-band fractal sensor using the fourth iteration of the Hilbert fractal curve that is used to obtain a compact resonator. The design, simulation and measurement results are here presented and they are in good agreement. The sensor has five resonant frequencies: 0.59, 1.73, 2.84, 3.88 and 4.92 GHz. Calibration curves were raised with substrates with known permissiveness and they have shown a high linear degree. The results show that it is possible to use the sensor to characterize real permissiveness of substrates with low losses at five different frequencies.

     

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  • YANDI ANIBAL GALLEGO LANDERA
  • CONTROLE DE INVERSORES EM SISTEMAS DE GERAÇÃO HÍBRIDA PARA MELHORIA DA ESTABILIDADE TRANSITÓRIA.


  • Orientador : FRANCISCO DE ASSIS DOS SANTOS NEVES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALLAN FAGNER CUPERTINO
  • CASSIANO RECH
  • FABRICIO BRADASCHIA
  • FRANCISCO DE ASSIS DOS SANTOS NEVES
  • JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • RAFAEL CAVALCANTI NETO
  • Data: 26/08/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de um esquema de controle FRT (Fault Ride Throught) dos inversores de interface de sistemas de geração distribuída conectados a uma rede que tenha geração síncrona próxima. Com a estratégia de controle proposta, o inversor realiza suas funções usuais quando a rede está sob condições normais de operação. No entanto, em caso de falta na rede, os inversores passam a operar de modo a controlar a potência fornecida pelo gerador, mantendo a potência ativa da máquina síncrona próximo do valor de pré-falta, a fim de reduzir a aceleração da máquina e oscilações na frequência do sistema.  Para a validação do esquema de controle proposto foram realizadas simulações computacionais em MATLAB, no sistema elétrico de teste de 9 barras do IEEE. O esquema de controle também foi testado experimentalmente, utilizando um inversor e uma montagem máquina síncrona-motor. Os resultados mostram que a estratégia de controle proposta tem desempenho melhor do que aquelas exigidas pelos códigos de rede de diversos países.


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  • In this work, a fault ride through control scheme for inverters that interface distributed generation sources with a power grid that contains conventional synchronous generators is developed and implemented. With the proposed control strategy, the inverter performs its usual tasks when the grid is under normal operating conditions. However, when the grid experiences a fault, the inverters start to operate so that the active powers delivered by the conventional synchronous generators are maintained as close as possible to the pre-fault values, in order to reduce the machines acceleration and system frequency oscillations. Simulations of the proposed control scheme are performed in MATLAB, considering large PV plants connected to the IEEE 9 bus test system. The proposed control strategy is further evaluated through experimental results performed in a prototype consisting of a synchronous generator and a distributed generation converter connected to the utility power grid. The results obtained show that, in comparison with using the grid codes requisites of several countries, the application of the proposed control strategy leads to the best transient stability performance.

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  • MÁRCIO RODRIGO SANTOS DE CARVALHO
  • CONVERSOR CC-CC DE ALTO GANHO BASEADO EM CÉLULA MULTIPLICADORA DE TENSÃO COM AS TÉCNICAS CAPACITOR CHAVEADO E ACOPLAMENTO MAGNÉTICO.

  • Orientador : LEONARDO RODRIGUES LIMONGI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FABRICIO BRADASCHIA
  • LEONARDO RODRIGUES LIMONGI
  • MARCELO CABRAL CAVALCANTI
  • MÁRIO LÚCIO DA SILVA MARTINS
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • TELLES BRUNELLI LAZZARIN
  • Data: 24/10/2022

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  • O desenvolvimento de tecnologias para aprimorar o desempenho de conversores de potência integrados ao módulo fotovoltaico é fundamental para impulsionar instalações de sistemas de geração distribuída a partir da fonte solar fotovoltaica nos grandes centros urbanos, principalmente sobre telhados com diferentes orientações e inclinações, suscetível a sombreamentos parciais ocasionados por edificações vizinhas. Devido às baixas tensão nominal e eficiência dos módulos fotovoltaicos, conversores cc-cc de alto ganho de tensão e elevada eficiência são imprescindíveis às arquiteturas módulo ca e otimizadores solares com terminais de saída conectados em paralelo para extrair a máxima potência do módulo fotovoltaico e elevar a tensão do barramento cc do estágio de conversão cc-ca acima do valor mínimo necessário para conectar o sistema fotovoltaico à rede elétrica. Sendo assim, este projeto de tese apresenta um conversor cc-cc de alto ganho de tensão baseado em célula multiplicadora de tensão com as técnicas capacitor chaveado e acoplamento magnético, através de um indutor acoplado de três enrolamentos, e circuito de grampeamento ativo. O interruptor auxiliar presente no circuito de grampeamento provê comutação sob tensão-nula ao interruptor principal e vice-versa. Logo, as perdas por comutação dos interruptores são mitigadas, possibilitando elevar a frequência de chaveamento para reduzir as dimensões e peso dos componentes passivos. O enrolamento secundário do indutor acoplado é empregado para prover ao conversor elevado ganho de tensão sem operar sob razões cíclicas extremas, enquanto que o enrolamento terciário é utilizado para estabelecer um valor médio positivo na corrente de magnetização, o que possibilita projetar a indutância de magnetização do indutor acoplado para diminuir a amplitude da ondulação da corrente de magnetização o suficiente para satisfazer ligeiramente a condição de ZVS durante a transição do estado de bloqueio para o estado de condução do interruptor principal. Dessa forma, pode-se reduzir as perdas magnéticas e ôhmicas do indutor acoplado, e as perdas por condução e por chaveamento durante a transição do estado de condução para o estado de bloqueio dos interruptores. As indutâncias de dispersão dos enrolamentos do indutor acoplado são utilizadas para prover comutação sob corrente-nula aos diodos. Portanto, não há perdas por recuperação reversa. Operação, análise estática, diretrizes de projeto e análise de perdas do conversor proposto são apresentadas. Ainda, o conversor proposto é comparado através de diferentes figuras de mérito com duas topologias de conversor cc-cc que também combinam as técnicas acoplamento magnético e capacitor chaveado, e empregam dois interruptores. Resultados experimentais são obtidos através do protótipo de 350 W do conversor proposto. Para comparação de eficiência, é montado um protótipo de conversor cc-cc de alto ganho com entrada diferencial já publicado na literatura. A máxima eficiência medida do conversor proposto é de 96,7 %.


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  • The development of technologies to improve the performance of photovoltaic (PV) module integrated converters are fundamental to raise grid-utility distributed generation systems from the photovoltaic solar source in large urban centers, mainly for residential applications with continuous partial shading and complex roof structures with different tilts and orientations. Since both the rated voltage and efficiency of PV modules are very low, high-gain high-efficiency DC-DC converters are required in microinverters and parallel-connected power optimizers to track the maximum available power from a PV module and to boost the DC-link voltage above the minimum value necessary for delivering the generated energy in a 127 V or 220 V single-phase grid. Therefore, this work presents a high step-up voltage multiplier cell (VMC) based DC-DC converter with soft switching operation. The VMC is combined with a switched capacitor and a three winding coupled inductor. The voltage spike on the main switch is reduced and the leakage inductance energy is recycled by an active clamp circuit. The switch in the active clamp circuit provides ZVS condition for the main switch and vice-versa. Thus, the switching losses are negligible and high switching frequency can be used in order to further minimization of passive components size and weight. The secondary winding of the coupled inductor is employed to provide high voltage gain without operating under extreme duty cycle condition, while the tertiary winding is used to establish a DC component in the magnetizing current, which allows decrease of the magnetizing current ripple to meet the ZVS turn-on condition of the main switch. Hence, the core and conduction losses of the coupled inductor, and the conduction and switching losses during the switches turn-off transition can be reduced. The autotransformer leakage inductances are used together with the capacitors to form resonant tanks, causing the current flowing through the diodes to decrease naturally to zero even before they become reverse-biased. Then, ZCS of the diodes is achieved and hence there is no reverse-recovery losses. The operation principle, steady-state analysis, design guidelines and loss analysis of the proposed converter are presented. The proposed converter is compared with two DC-DC converter that combine magnetic coupling and switched-capacitor techniques, and employ two switches as well. Experimental results obtained from 350 W prototype of the proposed converter are presented. The measured maximum efficiency is 96.7%.

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  • ROBERTO FELIPE ANDRADE MENEZES
  • PROGRAMAÇÃO DIÁRIA DA OPERAÇÃO E FORMAÇÃO DE PREÇOS EM MÚLTIPLOS CENÁRIOS CONSIDERANDO SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA POR BATERIA.

  • Orientador : RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GERALDO LEITE TORRES
  • JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • MANOEL AFONSO DE CARVALHO JUNIOR
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • Data: 27/10/2022

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  • A Programação Diária da Operação (PDO) adquire novos desafios conforme fontes de energia renovável são inseridas no sistema elétrico. Além da operação, a variação da potência disponível por essas fontes também provoca alguns problemas devido às restrições operacionais do sistema, como o corte da geração (também conhecido como Power Curtailment ou Constrained-off) e a variabilidade na formação de preço horário, representado aqui pelo Preço Marginal Locacional (LMP - Locational Marginal Pricing). Por conta disso, aplicações para o deslocamento de energia disponível, através do uso de Sistema de Armazenamento de Energia por Bateria (BESS - Battery Energy Storage Systems) podem oferecer maior eficiência ao sistema, minimizando os efeitos negativos causados pela variabilidade de potência. Neste sentido, este trabalho visa contribuir com uma proposta de análise metodológica do comportamento do custo da operação energética, do LMP e do corte da geração baseado na penetração em larga escala de fontes de energia renovável com a presença de BESS. A metodologia empregada integra a solução do problema da PDO com uma análise de risco a partir de diferentes cenários de geração eólica e solar fotovoltaica. Além disso, estas duas fontes são modeladas para serem despachadas de forma não obrigatória, para ser possível observar o corte da geração, como também é considerado o impacto da Geração Distribuída (GD) na curva de carga prevista para o sistema. O problema da PDO é formulado através do Fluxo de Potência Ótimo Linearizado e é solucionado pelo Método Preditor-Corretor de Pontos Interiores. Essa solução faz parte do algoritmo iterativo utilizado para acoplar a PDO com a formação do LMP, onde são consideradas as perdas elétricas do sistema e um modelo de demanda nodal fictícia. Por fim, a análise é feita no sistema IEEE RTS 24 barras adaptado com os dados de geração, demanda e GD do subsistema Nordeste. Os resultados das simulações são apresentados e discutidos, demonstrando a eficácia da metodologia e do uso do BESS para mitigar o custo total da operação energética diária e o corte da geração.


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  • The Daily Operation Scheduling (DOS) gets new challenges while renewable energy is inserted into the power system. In addition to the operation, the variability of the power available by these sources also causes some problems due to system operating constraints, such as the Power Curtailment (or Constrained-off), and the hourly pricing variability, represented here by Locational Marginal Pricing (LMP). Therefore, available energy shifting applications, through the use of Battery Energy Storage System (BESS), can offer greater efficiency to the system, minimizing the negative effects caused by power variability. In this sense, this work shows a proposal to analyse the behaviour of the energy operation cost, the LMP and the Power Curtailment from the large-scale penetration of renewable energy sources with the presence of BESS. The methodology used integrates the solution of the DOS problem with a risk analysis based on different scenarios of wind and solar photovoltaic power generation. Moreover, these two sources are modelled to be dispatched, not mandatory, to be able to observe the Power Curtailment, and the impact of distributed generation on the expected load curve for the system is also considered. The DOS problem is formulated through the DC Optimal Power Flow and is solved by the Predictor-Corrector Interior Point method. This solution is part of the iterative algorithm used to couple the DOS problem with LMP, where electrical system losses and a fictitious nodal demand model are considered. Lastly, the analysis is performed using the adapted IEEE RTS 24-bus system with the generation, demand and distributed generation data from the Northeast subsystem. The simulation results are presented and discussed, demonstrating the effectiveness of the analysis and use of BESS to mitigate the total cost of the daily energy operation and the Power Curtailment.

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  • BRUNO AGRA KLEINAU
  • APPLICATION OF BASE STATION WITH ARRAY OF INTELLIGENT ANTENNAS IN THE ENERGY DISTRIBUTION SECTOR.

  • Orientador : MARCOS TAVARES DE MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELIAS MARQUES FERREIRA DE OLIVEIRA
  • IGNACIO LLAMAS GARRO
  • JAVIER ONTAÑÓN-RUIZ
  • LAURO RODRIGO GOMES DA SILVA LOURENCO NOVO
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • Data: 10/11/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • O uso de Sistemas de Automação da Distribuição tem crescido significativamente nas empresas de energia elétrica nos últimos anos. O principal motivo para isso é a necessidade de uma rede mais inteligente, a fim de reduzir o tempo de interrupção de energia. Para tais aplicações, a comunicação por radiofrequência é preferida porque esta solução é mais confiável do que 3G/4G e mais barata do que fibra óptica. Neste contexto, é de extrema importância ter uma Estação Rádio Base (ERB) mais eficiente que possa cobrir a comunicação de uma área maior. Neste trabalho são apresentados os conceitos matemáticos de um arranjo de antenas inteligentes, bem como o funcionamento lógico de um controlador de sistema de radiação inteligente. Tal sistema recebe como entradas as coordenadas geográficas dos elementos da rede e alimenta automaticamente um arranjo de antenas Yagi-Uda inteligente com os parâmetros apropriados, a fim de otimizar o diagrama de radiação nas direções desejadas. O modelo inovador apresentado usa um método de otimização estocástica para atingir automaticamente um conjunto de parâmetros elétricos ideais para excitar o arranjo e direcionar seus feixes de forma totalmente controlada de forma eficiente. Assim, os resultados obtidos indicam que o esquema inteligente proposto permite a otimização energética do sistema de antenas, reduzindo em 61% o número de ERBs necessárias para cobrir a mesma área, quando comparado aos sistemas tradicionais de antenas collineares.


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  • The use of Distribution Automation Systems has grown significantly in electricity companies in recent years. The main reason for this is the need to have a smarter network, in order to reduce the time of power interruption. For such applications, communication using Radio Frequency is preferred because this solution is more reliable than 3G/4G and cheaper than fiber optics. In this context, it is of utmost importance to have a more efficient Base Transceiver Station (BTS) that can cover the communication of a larger area. In this work, the mathematical concepts of an intelligent antenna array, as well as the logical operation of an intelligent radiation system controller are presented. Such a system receives as inputs the geographic coordinates of network elements and automatically feeds an intelligent Yagi-Uda antenna array with the appropriate parameters, in order to optimize the radiation pattern in the desired directions. The newly presented model uses a stochastic optimization method to automatically achieve a set of optimal electrical parameters to excite the array, and efficiently direct its beams in a fully controlled way. Thus, the results obtained indicate that the proposed intelligent scheme allows the energy optimization of the antenna system, reducing by 61% the number of BTS needed to cover the same area, when compared to traditional collinear antenna systems.

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  • JOSÉ PAULO GONÇALVES DE OLIVEIRA
  • APRENDIZADO DE MÁQUINA NA INDÚSTRIA 4.0: DETECÇÃO DE ANOMALIAS EM SISTEMAS EMBARCADOS E CLASSIFICAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS.

  • Orientador : CARMELO JOSÉ ALBANEZ BASTOS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ABEL GUILHERMINO DA SILVA FILHO
  • CARMELO JOSÉ ALBANEZ BASTOS FILHO
  • FRANCISCO MADEIRO BERNARDINO JUNIOR
  • GUILHERME DE ALENCAR BARRETO
  • JOSE ALFREDO FERREIRA COSTA
  • Data: 18/11/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • O controle de qualidade é um aspecto crítico, especialmente no contexto da indústria 4.0. Além de ser uma necessidade para atender aos pré-requisitos funcionais de um determinado produto, a qualidade está intimamente relacionada à segurança, à proteção, e a questões econômicas. Neste trabalho, abordamos dois aspectos específicos de certificação da qualidade no contexto moderno da indústria: detecção de anomalias em sistema eletrônicos embarcados e classificação de substâncias químicas ou biológicas. As soluções abordadas são baseadas em modelos de aprendizado de máquina.

    Na indústria de produtos eletrônicos, a miniaturização dos componentes e o uso de placas multicamadas aumentaram consideravelmente a complexidade dos testes. Consequentemente, formas tradicionais de teste baseadas em inspeções manuais tornaram-se desatualizadas e ineficientes. Além disso, a Indústria 4.0 demanda produtos com alto índice de personalização. Isso exige requisitos adicionais, como alto grau de flexibilidade nos processos de concepção, de projeto e de testes. Portanto, são necessárias soluções eficazes e flexíveis que não utilizem pontos de contato físico com o produto testado. Nosso estudo apresenta soluções de teste automatizados e não-invasivos.

    Em relação aos testes de substâncias, tradicionalmente utilizam-se técnicas de espectroscopia, realizadas com espectrógrafos. Apesar de ser uma técnica bastante madura, sua limitação são o custo e a complexidade do equipamento. Nós propomos uma alternativa simples, porém eficiente para realizar testes sem o uso de espectrógrafos.

    Para validação, projetamos e construímos protótipos para realização de experimentos. Para detecção de anomalias, construímos um sistema usando uma placa de desenvolvimento de sistemas embarcados. Seis versões de software foram implementadas – sendo uma delas funcional, enquanto o restante representa algum tipo de anomalia. Anomalias são detectadas pela análise de sinais temporais capturados do circuito de forma não-invasiva. Os sinais são convertidos em imagens espectrográficas que são analisadas por um modelo de aprendizado de máquina, treinado para detectar se o circuito se comporta conforme a especificação.

    Para classificação de substâncias, apresentamos uma Prova de Conceito. Em vez de empregar o espectrógrafo, utilizamos um sistema de transmissão e recepção ópticas. O sinal transmitido possui forma de onda especialmente projetada para obtenção de máximo desempenho. O sinal detectado é convertido em imagem espectrográfica que é usada por um modelo de aprendizado de máquina que realiza a classificação.

    Os resultados experimentais demonstram a eficácia dos métodos de teste propostos. Para vários cenários de teste do sistema eletrônico, a taxa de detecção chega a 100%. A classificação de substâncias também apresenta desempenho ótimo (taxa de acerto de 100%) em várias configurações. Adicionalmente, apresentamos uma técnica para aumentar o desempenho por meio da transformação dos dados utilizados para treinamento e validação do modelo. A eficácia da técnica é comprovada experimentalmente tanto para detecção de anomalias quanto para classificação de substâncias.


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  • Quality control is a critical aspect, especially in Industry 4.0 context. In addition to being extremely important to meet the functional prerequisites of a given product, quality is closely related to safety, security, and economic issues. In this work, we address two specific aspects of quality certification in the modern sense of the industry: detection of anomalies in embedded systems and classification of chemical or biological substances. The solutions addressed are based on machine learning models.

    In the electronics industry, component miniaturization and the use of multi-layer boards have considerably increased the complexity of testing. Consequently, traditional forms of testing based on manual inspections have become outdated and inefficient. In addition, Industry 4.0 demands products with a high level of personalization. This imposes additional requirements, such as a high degree of flexibility in the conception, design and testing processes. Therefore, effective and flexible solutions that do not require physical contact with the tested product are needed. Our study features automated and non-invasive testing solutions.

    Regarding substance testing, spectroscopy techniques are traditionally employed using spectrometers. Despite of being a very mature technique, its limitation is the cost and complexity of the equipment. We propose a simple, however efficient alternative to perform tests without the use of spectrometers.

    For validation, we designed and built prototypes to carry out experiments. For anomaly detection, we built a system using development board. Six software versions have been implemented – one of which is functional, while the rest represents some kind of anomaly. Anomalies are detected by analyzing temporal signals captured from the circuit in a non-invasive way. The signals are converted into spectrographic images that are analyzed by a machine learning model, trained to detect whether the circuit behaves as specified.

    For classification of substances, we present a Proof of Concept. Instead of employing a spectrometer, we use an optical transmission and reception system. The transmitted signal has a specially designed waveform for maximum performance. The detected signal is converted into a spectrographic image that is used by a machine learning model that performs the classification.

    Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed test methods. For various electronic system test scenarios, the detection rate reaches 100%. Substance classification also performs optimally (100% accuracy) in various configurations. Additionally, we present a technique to increase performance by transforming the data used for training and validating the model. The effectiveness of the technique is experimentally proven both for detecting anomalies and for classifying substances.

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  • HEBIO JÚNIOR BEZERRA DE OLIVEIRA
  • SENSORES À FIBRA ÓPTICA COM DUPLA CAMADA METÁLICA NA FACETA E COM ESTRUTURA HETERONÚCLEO.

  • Orientador : JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARIA JOSÉ PONTES
  • DIEGO JOSÉ RATIVA MILLAN
  • EDUARDO FONTANA
  • JEHAN FONSECA DO NASCIMENTO
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • Data: 21/12/2022

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  • O presente trabalho aborda o desenvolvimento de dois dispositivos sensores à base de fibra óptica, um para monitorar corrosão usando uma estrutura com dupla camada metálica na face da fibra, o outro para detectar variações de índice de refração usando uma cascata de dispositivos com base em estruturas de fibra heteronúcleo, que funcionam de forma independente, e são interrogados em diferentes comprimentos de onda. O desenvolvimento de sensores ópticos para detecção de corrosão e índice de refração vem aumentando consideravelmente a cada ano e, sensores à fibra óptica são ideais para condições de extrema adversidade como corrosão, temperatura, pressão, umidade, entre outras. Essas vantagens tornam os sensores a base de fibra óptica ideais para uso em grandes estruturas como na indústria de petróleo e gás, além de várias outras aplicações. Realizamos a caracterização dos dispositivos através de simulações computacionais. Os resultados das simulações são comparados com os resultados experimentais. Fizemos a caracterização experimental dos dois dispositivos sensores. Os resultados obtidos mostraram que os dispositivos propostos apresentam eficiência para detectar corrosão e índice de refração.


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  • The present work addresses the development of two optical fiber-based sensor devices, one to monitor corrosion using a structure with a double metallic layer on the fiber end facet, the other to detect refractive index variations using a cascade of devices based on a fiber optic structures, the heterocore fiber, which work independently, and are interrogated at different wavelengths. The development of optical sensors for detecting corrosion and refractive index has increased considerably in the last years, and fiber optic sensors are ideal for extremely adverse conditions such as corrosion, temperature, pressure, humidity, among others. These advantages make fiber-optic-based sensors ideal for use in large structures such as the oil and gas industry, as well as many other applications. We performed the characterization of the devices through computational simulations, which are compared with experimental results. We performed the experimental characterization of the two sensor devices. The obtainedresults showed that the proposed devices are efficient to detect corrosion and refractive index. 

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  • CLAYTON JOSÉ NATAL DE LIRA
  • MÉTODOS HEURÍSTICOS E BIO-INSPIRADOS PARA OTIMIZAÇÃO DE ALOCAÇÃO DE ESPECTRO E DE DIVISÃO ESPECTRAL EM REDES ÓPTICAS ELÁSTICAS.

  • Orientador : RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ANDRE CASTELO BRANCO SOARES
  • CARMELO JOSÉ ALBANEZ BASTOS FILHO
  • DANIEL AUGUSTO RIBEIRO CHAVES
  • DANILO RICARDO BARBOSA DE ARAÚJO
  • JOSE AUGUSTO SURUAGY MONTEIRO
  • RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • Data: 22/12/2022

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  • As redes ópticas aparecem como uma das principais infraestruturas utilizadas no transporte de grande quantidade de dados nos tempos atuais. Dentre as tecnologias mais estudadas em trabalhos recentes podem-se citar as Redes ópticas elásticas, que apresentam destacado aproveitamento de espectro devido à possibilidade de se trabalhar com requisições de larguras de banda variáveis. O presente trabalho aborda a utilização de heurísticas e meta-heurísticas para melhorias no roteamento e alocação do espectro em Redes ópticas elásticas. É proposto inicialmente um esquema de roteamento e alocação de espectro baseado em divisão espectral (do inglês Split Spectrum) por simples e múltiplos caminhos, capaz de aumentar a disponibilidade da rede pela redução da perda de opções para a inserção de chamadas no espectro de frequências das rotas, com a consequente mitigação da probabilidade de bloqueio das próximas requisições. É proposta também uma meta-heurística baseada em otimização por enxame de partículas (PSO) com o objetivo de definir soluções para a alocação de espectro em Redes ópticas elásticas, com a utilização do algoritmo conhecido como MSCL (Min Slot-Continuity Capacity Loss) e de uma metodologia de otimização por séries de funções. Tal esquema leva em consideração as peculiaridades de cada rota da rede, agrupando características em comum para que assim se possa obter matrizes com parâmetros de entrada otimizados de forma mais adequada para o cálculo da perda de capacidade pelo algoritmo, modificando também a forma de cálculo do custo de alocação em tais redes, observando as possibilidades de melhorias com a utilização de algoritmos de otimização.


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  • Optical networks appear as one of the main infrastructure for transporting large amounts of data in current times. Among most studied optical technologies investigated in recent works we can mention Elastic optical networks, which show outstanding use of spectrum due to the possibility of working with variable-bandwidth requests. The present work deals with the use of heuristics and meta-heuristics for improvements in routing and spectrum assignment in Elastic optical networks. A routing and spectrum assignment scheme based on Split Spectrum for single and multiple paths is initially proposed, which is capable of increasing network availability by reducing the loss of options for inserting requests in the route frequency spectrum, with the consequent mitigation of blocking probability of next requests. It is also proposed a meta-heuristic based on Particle Swarm Optimization (PSO) with the objective of defining solutions for the spectrum assignment in Elastic optical networks, using the algorithm known as MSCL (Min Slot-Continuity Capacity Loss) and an optimization methodology by series of functions. This scheme takes into account the peculiarities of each route in the network, grouping common characteristics so that it can be used to obtain matrices with optimized input parameters, in a more adequate way for the capacity loss calculation by the algorithm, also modifying the way of calculating the cost of allocation in such networks, observing the possibilities of improvements with the use of optimization algorithms.

     

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  • GUILHERME BOAVIAGEM RIBEIRO
  • FOUNDATIONS OF QUATERNION GRAPH SIGNAL PROCESSING AND RELATED CONTRIBUTIONS TO FRACTIONAL-ORDER OPERATORS. 

  • Orientador : JULIANO BANDEIRA LIMA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JULIANO BANDEIRA LIMA
  • DANIEL PEDRO BEZERRA CHAVES
  • RICARDO MENEZES CAMPELLO DE SOUZA
  • ALCEBÍADES DAL COL JÚNIOR
  • WALLACE ALVES MARTINS
  • Data: 23/12/2022
    Ata de defesa assinada:

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  • O campo do processamento de sinais, em sua essência, dedica-se a explorar como diferentes representações de um sinal podem fornecer maneiras úteis de manipulá-lo. Essas representações podem surgir de uma mudança na álgebra subjacente sobre a qual as amostras de sinal são definidas, por exemplo, ao incorporar sinais tridimensionais e quadridimensionais num espaço quaterniônico; ou talvez de um modelo diferente do domínio do sinal, como tem acontecido com o desenvolvimento do processamento de sinais sobre grafos, para lidar com dados dispostos em rede; ou mesmo explorando novas transformadas lineares que mapeiam o sinal em um domínio no qual operações como compressão, filtragem ou extração de características são mais fáceis ou mais eficientes. 

    Esta tese percorre exatamente esses caminhos, com o objetivo de responder à questão de como estender o processamento de sinais sobre grafos para o caso em que as respectivas amostras e pesos de arestas são quaternions. Propõe um novo conjunto de ferramentas que servem de base para o que se pode chamar Processamento de Sinais Quaterniônicos sobre Grafos (QGSP) e, como subprodutos da jornada de pesquisa, contribui para o campo das transformadas fracionárias em duas frentes: propondo uma nova abordagem para a fracionarização da transformada discreta de Fourier quaterniônica (QDFT), juntamente com a proposição de sua versão multiparamétrica, e propondo um novo operador de deslocamento fracionário sobre grafos (GSO fracionário). Como destaques dos principais resultados, podemos citar: (1) foi obtida a representação polinomial do GSO fracionário para grafos arbitrários, e foi demonstrado que seu uso no projeto de filtros FIR LSI melhora a qualidade geral do filtro para um determinado comprimento de filtro; (2) a nova QDFT fracionária multiparamétrica foi usada para criar um esquema de criptografia holístico para imagens coloridas com camada de opacidade, que demonstrou fornecer espaço de chave e sensibilidade de chave satisfatoriamente grandes; e (3) foram formulados os principais aspectos da análise espectral, filtragem e compressão no contexto do QGSP, juntamente com exemplos práticos e com dados do mundo real implementados empregando um pacote Python customizado e de código aberto. 


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  • The field signal processing, at its core, is concerned with exploring how different representations of a signal may provide useful ways of manipulating it. These representations may arise from a change in the subjacent algebra over which the signal samples are defined, for example when embedding three- and four-dimensional signals into
    the quaternion space; or maybe from a different model of the signal domain, as it happened with the development of graph signal processing to deal with network-like data; or even by exploring new linear transforms that map the signal onto a domain in which tasks such as compression, filtering or feature extraction are easier or more efficient.

    This thesis traverses exactly through these paths, aiming at answering the question of how to extend graph signal processing to the case in which signals and edge weights are quaternionvalued. It proposes a new set of tools which are a basis for what may be called Quaternion Graph Signal Processing (QGSP) and, as byproducts of the research journey, it contributes to the field of fractional transforms in two fronts: by proposing a new approach to the fractionalization of the quaternion discrete Fourier transform (QDFT), alongside the proposition of its multiparametric version, and by proposing a new fractional graph shift operator (GSO). As highlights of the main results, we can mention: (1) the polynomial representation of the fractional GSO for arbitrary graphs was obtained, and it was shown that its use in filter design of FIR LSI filters improve the overall filter quality for a given filter length; (2) the new multiparametric fractional QDFT was used to create a holistic encryption scheme for color images with opacity layer, which was shown to provide satisfactorily large key space and key sensitivity; and (3) the main aspects of spectral analysis, filtering and compression in the context of QGSP were formulated, along extensive practical examples on real-world data computed through a custom-made and open-source Python package.

     
2021
Dissertações
1
  • BERNARDO CAIO NUNES DE OLIVEIRA LIMA
  • “Implementação de um Amplificador Lock-In Digital para Aplicações em Detecção Harmônica de Linhas Espectrais”

  • Orientador : EDUARDO FONTANA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDUARDO FONTANA
  • MARCO AURELIO BENEDETTI RODRIGUES
  • GUSTAVO OLIVEIRA CAVALCANTI
  • RICARDO ATAIDE DE LIMA
  • Data: 17/06/2021

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  • Pesquisadores do LSI-UFPE vem desenvolvendo um módulo eletro-óptico que é parte de um sistema sensor capaz de detectar a presença de cinco diferentes tipos de gases dissolvidos em óleo de transformador. A presença desses gases é relacionada com a existência de potenciais falhas. Normas internacionais estipulam as concentrações aceitáveis para indicar uma operação normal do transformador. Para a detecção do gás o sistema sensor em desenvolvimento no LSI usa uma técnica conhecida como WMS –– Espectroscopia de Modulação de Comprimento de Onda. Ela é necessária devido às concentrações diminutas de gases que deve ser detectada. Um dispositivo fundamental para a aplicação desta técnica é o Amplificador Lock-in. Os amplificadores lock-in comerciais apresentam um custo elevado e geralmente possuem muito mais funcionalidades do que o necessário para o sistema sensor. Sendo assim, esse trabalho tem como foco o desenvolvimento de um amplificador lock-in digital utilizando microcontroladores comerciais de baixo custo e que sejam de fácil integração ao sistema sensor em desenvolvimento.


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  • Pesquisadores do LSI-UFPE vem desenvolvendo um módulo eletro-óptico que é parte de um sistema sensor capaz de detectar a presença de cinco diferentes tipos de gases dissolvidos em óleo de transformador. A presença desses gases é relacionada com a existência de potenciais falhas. Normas internacionais estipulam as concentrações aceitáveis para indicar uma operação normal do transformador. Para a detecção do gás o sistema sensor em desenvolvimento no LSI usa uma técnica conhecida como WMS –– Espectroscopia de Modulação de Comprimento de Onda. Ela é necessária devido às concentrações diminutas de gases que deve ser detectada. Um dispositivo fundamental para a aplicação desta técnica é o Amplificador Lock-in. Os amplificadores lock-in comerciais apresentam um custo elevado e geralmente possuem muito mais funcionalidades do que o necessário para o sistema sensor. Sendo assim, esse trabalho tem como foco o desenvolvimento de um amplificador lock-in digital utilizando microcontroladores comerciais de baixo custo e que sejam de fácil integração ao sistema sensor em desenvolvimento.

2
  • GABRIEL DE FREITAS FERNANDES
  • Caracterização de Dispositivos Otto Chip por Reflectometria Óptica de Varredura.



  • Orientador : EDUARDO FONTANA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • EDUARDO FONTANA
  • GUSTAVO OLIVEIRA CAVALCANTI
  • SERGIO CAMPELLO OLIVEIRA
  • Data: 22/07/2021

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  • O fenômeno de ressonância de plásmons de superfície tem sido amplamente aplicado ao projeto e construção de sensores ópticos em tempo real. Com poucos dispositivos em fase comercial e cabíveis de serem empregados em sistemas de medição embarcados, a possibilidade de sensor plasmônico integrado confiável é uma busca tecnológica em aberto. Desta necessidade surge o Otto Chip, dispositivo em substrato de silício que implementa a configuração de Otto a partir de técnicas de microfabricação.

    Este trabalho propõe uma plataforma de caracterização destes dispositivos e busca identificar parâmetros de qualidade, confiabilidade e modos de operação do transdutor. Quatro versões diferentes do Otto Chip são caracterizadas por reflectometria e microscopia óptica com fim de obter informações sobre qualidade de selamento entre camadas, regiões de desgaste do substrato e área da região ativa, tida como a região onde fenômeno de Ressonância de Plásmon de Superfície é observado.


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  • O fenômeno de ressonância de plásmons de superfície tem sido amplamente aplicado ao projeto e construção de sensores ópticos em tempo real. Com poucos dispositivos em fase comercial e cabíveis de serem empregados em sistemas de medição embarcados, a possibilidade de sensor plasmônico integrado confiável é uma busca tecnológica em aberto. Desta necessidade surge o Otto Chip, dispositivo em substrato de silício que implementa a configuração de Otto a partir de técnicas de microfabricação.

    Este trabalho propõe uma plataforma de caracterização destes dispositivos e busca identificar parâmetros de qualidade, confiabilidade e modos de operação do transdutor. Quatro versões diferentes do Otto Chip são caracterizadas por reflectometria e microscopia óptica com fim de obter informações sobre qualidade de selamento entre camadas, regiões de desgaste do substrato e área da região ativa, tida como a região onde fenômeno de Ressonância de Plásmon de Superfície é observado.

3
  • ANDY MARTIN RAMOS
  • NEW FRAGILE IMAGE WATERMARKING SCHEMES USING CHAOTIC SEQUENCES

  • Orientador : CECILIO JOSE LINS PIMENTEL
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CECILIO JOSE LINS PIMENTEL
  • VALDEMAR CARDOSO DA ROCHA JUNIOR
  • DANIEL PEDRO BEZERRA CHAVES
  • CARLOS EDUARDO CORREIA DE SOUZA
  • Data: 23/07/2021

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  • Com o rápido desenvolvimento de ferramentas de processamento digital de sinais, o conteúdo de uma imagem pode ser facilmente manipulado ou adulterado de forma maliciosa. A marca d’água frágil tem sido amplamente usada para fins de autenticação de dados. Esta dissertação apresenta novas propostas de algoritmos de marcas d’água frágil em imagens para detecção de área manipulada e recuperação da imagem. Os bits com marca d’água são obtidos a partir dos bits de paridade de um código corretor de erro cuja mensagem é formada a partir de uma sequência caótica binária e de bits da imagem original. No primeiro algoritmo proposto, os bits com marca d’água são inseridos no domínio da frequência usando a Transformada Wavelet Discreta. A imperceptibilidade, detecção e recuperação alcançada por este algoritmo são testadas para vários ataques usados em processamento de sinais. No segundo método, os bits da marca d’água são incorporados usando o método do bit menos significativo. Uma comparação entre os algoritmos propostos mostra que o primeiro apresenta maior imperceptibilidade, enquanto o último apresenta melhor capacidade de recuperação. Os algoritmos propostos são analisados tanto para imagens em tons de cinza quanto imagens coloridas. Os resultados da comparação revelam que a técnica proposta tem um desempenho melhor do que alguns métodos existentes. 


  • Mostrar Abstract
  • With the rapid development of digital signal processing tools, image contents can be easily manipulated or maliciously tampered. Fragile watermarking has been largely used for content authentication purpose. This dissertation presents new proposals for image fragile watermarking algorithms for tamper detection and image recovery. The watermarked bits are obtained from the parity bits of an error-correcting code whose message is formed from a binary chaotic sequence and from bits of the original image. In the first proposed algorithm, the watermarked bits are inserted in the frequency domain using the Discrete Wavelet Transform. The imperceptibility, detection, and recovery of this algorithm are tested for various attacks used in signal processing. In the second method, the watermarks bits are embedded using the least significant bit method. A comparison between the proposed algorithms shows that the former exhibits greater imperceptibility, while the latter exhibits better recover capability. The proposed algorithms are analyzed both for grayscale and color images. Comparison results reveal that the proposed technique perform better than some existing methods.  

      

4
  • RIENZY ARAÚJO DE AZEVÊDO
  • PROPOSTA DE METODOLOGIA PARA DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM LARGA ESCALA.

  • Orientador : PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • JOSE FILHO DA COSTA CASTRO
  • LEONARDO RODRIGUES LIMONGI
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • Data: 26/08/2021

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  • Devido às recentes mudanças na matriz elétrica brasileira, com maior participação de usinas de geração renovável intermitente e menor capacidade de armazenamento de energia nos reservatórios das usinas hidráulicas em relação à carga, novos desafios têm se apresentado na operação do Sistema Interligado Nacional (SIN). Visando a mitigação das dificuldades impostas pelo novo cenário vivenciado, o uso de tecnologias alternativas vem sendo estudado, dentre as quais destacam-se os sistemas de armazenamento de energia, como baterias, em função de sua versatilidade, velocidade de resposta, flexibilidade operativa e relativamente rápida instalação. Entretanto, em razão do alto custo dessa tecnologia, estudos devem ser realizados para aproveitar ao máximo seu potencial, buscando o dimensionamento ótimo do sistema de armazenamento. Com este objetivo, o trabalho atual apresenta uma proposta de metodologia para dimensionamento de sistemas de armazenamento em larga escala, para viabilização do escoamento da geração renovável intermitente conectada à rede de transmissão.


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  • Devido às recentes mudanças na matriz elétrica brasileira, com maior participação de usinas de geração renovável intermitente e menor capacidade de armazenamento de energia nos reservatórios das usinas hidráulicas em relação à carga, novos desafios têm se apresentado na operação do Sistema Interligado Nacional (SIN). Visando a mitigação das dificuldades impostas pelo novo cenário vivenciado, o uso de tecnologias alternativas vem sendo estudado, dentre as quais destacam-se os sistemas de armazenamento de energia, como baterias, em função de sua versatilidade, velocidade de resposta, flexibilidade operativa e relativamente rápida instalação. Entretanto, em razão do alto custo dessa tecnologia, estudos devem ser realizados para aproveitar ao máximo seu potencial, buscando o dimensionamento ótimo do sistema de armazenamento. Com este objetivo, o trabalho atual apresenta uma proposta de metodologia para dimensionamento de sistemas de armazenamento em larga escala, para viabilização do escoamento da geração renovável intermitente conectada à rede de transmissão.

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  • NÉSTOR IVÁN MEDINA GIRALDO
  • COMPARAÇÃO ENTRE CONTROLE POR INCLINAÇÃO E CONTROLE MESTRE-ESCRAVO SEM COMUNICAÇÃO EM MICRORREDES OPERANDO NO MODO AUTÔNOMO.

    .

  • Orientador : GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • FRANCISCO DE ASSIS DOS SANTOS NEVES
  • CASSIANO RECH
  • MARCELLO MEZAROBA
  • Data: 30/08/2021

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  • Uma microrrede é definida pelo conjunto de unidades de geração distribuída (GD), unidades de armazenamento e cargas, que conectados em paralelo formam um pequeno sistema elétrico de potência. A microrrede pode operar conectada à rede elétrica da concessionária, em que as cargas são alimentadas por meio das unidades de GD e o déficit de potência é fornecido pela rede. Neste modo de operação, a referência de tensão e frequência é definida pela rede. Outro cenário possível e quando a rede elétrica da concessionária não está disponível e a microrrede deve operar de forma autônoma (isolada), nesta situação o fluxo de potência entre as unidades de GD e as cargas devem ser balanceados, ou seja, a potência fornecida por cada unidade de GD deve ser proporcional a sua capacidade nominal. Neste trabalho, é realizado um estudo comparativo entre a estratégia controle por inclinação (droop) e uma nova técnica de controle denominada mestre-escravo sem comunicação, em microrredes operando no modo autônomo. Para representar o comportamento dinâmico das microrredes, neste trabalho é proposto um modelo matemático em pequenos sinais da microrrede mestre-escravo sem comunicação e desenvolvido o modelo matemático em pequenos sinais da microrrede droop. A partir do modelo matemático de ambas as microrredes, a região estável no plano complexo é comparada para diversos valores dos coeficientes de inclinação. O desempenho das técnicas de controle no compartilhamento de potência é avaliado por meio de um conjunto de figuras de mérito. Finalmente, o desempenho de ambas as microrredes é avaliado sob condições de operação de carga não linear e desequilibrada, e uma estratégia de compensação de tensões desbalanceadas é implementada na microrrede mestre-escravo sem comunicação.


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  • A microgrid is defined by the set of distributed generation units (GD), storage units and loads, which connected in parallel form a small electrical power system. The microgrid can operate connected to the utility grid, where the loads are fed through GD units and the power deficit is provided by the grid. In this operating mode, the voltage and frequency reference is defined by the network. Another possible scenario is when the utility grid is not available and the microgrid must operate autonomously (isolated), in this situation the power flow between the GD units and the loads must be balanced, that is, the power supplied by each GD unit must be proportional to its nominal capacity.  In this work, a comparative study is carried out between the droop control strategy and a new control technique called master-slave without communication, in microgrids operating in autonomous mode. In order to represent the dynamic behavior of microgrids, in this work a small-signal mathematical model of the master-slave without communication microgrid is proposed and the small-signal mathematical model of the droop microgrid is developed. From the mathematical model of both microgrids, the stable region in the complex plane is compared for different values of the droop coefficients. The performance of control techniques in power sharing is evaluated through a set of merit figures. Finally, the performance of both microgrids is evaluated under non-linear and unbalanced load operating conditions, and an unbalanced voltage compensation strategy is implemented in the master-slave without communication microgrid.

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  • MATHEUS LÔBO DOS SANTOS
  • Abordagens para Atribuição de Espectro em Redes Ópticas Elásticas Baseadas em Perda de Capacidade Sob Múltiplas Rotas.

  • Orientador : RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ALEX FERREIRA DOS SANTOS
  • ANDRÉ VICTOR SILVA XAVIER
  • DANILO RICARDO BARBOSA DE ARAÚJO
  • RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • Data: 10/12/2021

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  • Esta Dissertação discute soluções para o problema de roteamento e alocação de espectro em redes ópticas elásticas. As propostas apresentadas são uma adaptação do algoritmo de atribuição de espectro denominado Min Slot Continuty Loss (MSCL). Esse algoritmo reduz o impacto da rede ao escolher um conjunto de slots que apresenta a menor perda de capacidade. Ambas as propostas recorrem a um conjunto de múltiplas rotas obtido pelo algoritmo de roteamento Yen-MH, cujo as rotas são selecionadas a partir do menor número de enlaces. As heurísticas são denominadas MSCL Sequencial e MSCL Combinado, definidas pela maneira como elas escolhem a solução dentre as de menor perda de capacidade nas rotas. O desempenho das heurísticas MSCL foram comparados com a heurística amplamente utilizada na literatura chamada First-Fit, uma heurística que requer baixo esforço computacional e apresenta bons resultados. Os resultados mostram a capacidade das heurísticas MSCL em reduzir a probabilidade de bloqueio, seguindo o seguinte ordenamento por desempenho: First-Fit, MSCL Sequencial e MSCL Combinado. No entanto, o algoritmo MSCL demanda alto esforço computacional, portanto, procedimentos de otimização foram abordados com o objetivo de melhorar o tempo de simulação das heurísticas, mantendo o compromisso com a probabilidade de bloqueio. As otimizações utilizam heurísticas executadas de forma estática (ou seja, com ordenamento pré-configurado) e dinâmicas (com ordenamento modificado durante a operação da rede). Um algoritmo genético inspirado no NSGAII foi desenvolvido para encontrar soluções mais genéricas e de bom desempenho no espaço de probabilidade de bloqueio e tempo de simulação. As heurísticas foram comparadas com o MSCL padrão, sendo encontradas melhorias para a probabilidade de bloqueio e o tempo de simulação. Os resultados mostram os benefícios dos métodos de otimização, demostrando as suas eficácias.


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  • This Dissertation discusses solutions to the problem of routing and spectrum allocation in elastic optical networks. The presented proposals are an adaptation of the spectrum allocation algorithm known as Min Slot Continuty Loss (MSCL). This algorithm reduces the impact on the network capacity by choosing a set of slots that provides the minimum loss of capacity. Both proposals use a set of multiple routes obtained by the Yen-MH routing algorithm, which routes are selected based on the smallest number of links. The heuristics are called MSCL Sequencial and MSCL Combinado, relating how they choose the solution among those with the lowest loss of capacity on the routes. MSCL Sequencial and MSCL Combinado were compared with the widely used heuristic in the literature referred to as First-Fit, which requires low computational effort and presents good results. The results show the capacity of the MSCL heuristics to reduce the blocking probability, presenting the following order in performance: First-Fit, MSCL Sequencial and MSCL Combinado. However, the MSCL algorithm demands high computational effort, therefore, optimization procedures were applied to improve the simulation time of the heuristics, keeping the commitment with the blocking probability. Optimizations use static heuristics (i.e., those with pre-configured ordering) and dynamic ones (i.e., those with ordering modified during network operation). A genetic algorithm based on NSGAII was developed to find more generic and well-performing solutions in the space of blocking probability and simulation time.  The heuristics were compared with the standard MSCL and improvements on blocking probability and simulation time were found. The results show the benefits of the optimization methods, demonstrating the effectiveness of their use.

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  • BRENO CORDEIRO BISPO
  • MONITORAMENTO DE SINAIS VITAIS VIA NFC.

  • Orientador : RENATO EVANGELISTA DE ARAUJO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MIGUEL FERNANDO PAIVA VELHOTE CORREIA
  • PEDRO BERTEMES FILHO
  • MARCO AURELIO BENEDETTI RODRIGUES
  • Data: 15/12/2021

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  • O monitoramento dos sinais vitais é uma das estratégias mais recomendadas pelos profissionais da saúde para o controle, triagem e auxilio no prognóstico de doenças crônicas ou infectocontagiosas. A aquisição remota em massa dos parâmetros fisiológicos de pacientes em ambientes clínicos ou domiciliares, quando gerenciados e processados, podem prover informações valiosas para a detecção de tendências de surtos epidemiológicos em regiões distritais, municipais, estaduais, nacionais ou internacionais. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho é utilizar tecnologias e metodologias bem consolidadas no meio científico para tornar o monitoramento dos parâmetros vitais acessíveis ao usuário com apenas um smartphone, de forma eficaz, com baixo-custo e de fácil utilização. O trabalho compreende no desenvolvimento de dois protótipos vestíveis (passivo e semi-passivo) de baixo consumo habilitados com a tecnologia NFC (Near Field Communication), em formato de braceletes, capazes de mensurar simultaneamente frequência cardíaca, temperatura, saturação sanguínea de oxigênio e pressão arterial de forma não-invasiva, confortável e em tempo real. Através de um confortável sistema analógico para aquisição do ECG (Eletrocardiograma)  pelo membro superior esquerdo, os dispositivos são capazes de mensurar a pressão arterial de forma automática e sem a necessidade de um manguito, por meio da frequência cardíaca e o parâmetro PAT (Pulse Arrival Time). Foi desenvolvido também uma interface dinâmica de comunicação NFC, com transferência simultânea, sem fio, de dados e energia entre o protótipo passivo e um smartphone. Além disso, uma interface gráfica e um data log online foram desenvolvidos para o monitoramento simultâneo dos quatro sinais vitais através de um smartphone e o protótipo semi-passivo. Foi desenvolvido um protocolo de coleta de dados através de voluntários com aprovação do comitê de ética para estudos com seres humanos (CAAEs: 24617219.4.0000.5208 e 45209121.2.0000.5208). Tais coletas foram utilizadas a fim de validar os sinais vitais adquiridos pelos protótipos com equipamentos comerciais homologados e avaliar a usabilidade do sistema desenvolvido pelos voluntários. Em conformidade com padrões de confiabilidade adotados no meio clínico e científico, as validações foram feitas através de analises estatísticas das diferenças entre os dados adquiridos pelos protótipos e os equipamentos comerciais. Dentre os resultados, constataram-se aferições de sinais vitais dentro dos padrões clínicos recomendados após otimizações dos protótipos, cujas médias e desvios padrões dos erros foram de eBPM=0,0±1,22, eSpO2=0,2±0,63%, eTemperature=0,4±5,1 oC, eSBP=0,3±5,1 mmHg, eDBP=0,7±4,23 mmHg. Além disso, o sistema proposto possui grande aceitabilidade e foram bem avaliados pelos voluntários entrevistados.


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  • Vital signs monitoring is one of the most recommended strategies by health professionals for control, patient’s triage and prognosis assistance of chronic or infectious diseases. The remote mass acquisition of physiological parameters of patients in clinical or residential environments, when efficiently managed, can provide valuable information about trends in epidemiological outbreaks in district, municipal, state, national or international regions. In this way, the main objective of this work is to use scientific consolidated technologies and methodologies to make the vital signs monitoring accessible to the user with only a smartphone in an effective, low-cost and easy way to use. This work presents the development of low-power wearable devices enabled with the NFC (Near Field Communication) technology, in a bracelet format, capable of simultaneously measuring heart rate, temperature, blood oxygen saturation and blood pressure in a non-invasive, comfortable and real-time way. Through a comfortable analog system for arm-wrist ECG acquisition, the device is capable of perform cuff-less measurement of blood pressure through PAT (Pulse Arrival Time) and heart rate parameters. A dynamic NFC interface was also developed, with simultaneous wireless transfer of data and energy between the passive prototype and a smartphone. Moreover, a graphical user interface and an online data log were developed for simultaneous monitoring of four vital signs, through a smartphone and the semi-passive prototype. A data collection protocol was developed with volunteers with approval of the ethics committee for studies with human beings (CAAEs: 24617219.4.0000.5208 and 45209121.2.0000.5208). Such data were used to validate the vital signs acquired by the prototypes with calibrated commercial equipment and evaluate the usability of the developed system by the volunteers. In accordance with clinical and scientific standards of reliability, validations were carried out through statistical analysis of the differences between the data acquired by the prototypes and the commercial equipment. Among the results, there were measurements of vital signs within the recommended clinical standards after prototypes optimization, whose averages and standard deviations of the acquired errors were eBPM=0.0±1.22, eSpO2=0.2±0.63%, eTemperature=0.4±5.1 oC, eSBP=0.3 ±5.1 mmHg, eDBP=0.7±4.23 mmHg.  In addition, the proposed system was highly acceptable and well evaluated by the interviewed volunteers.

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  • HUGO VALE FRANKLIN DE SOUSA
  • TRANSMISSÃO DE SINAIS 5G NEW RADIO EM SISTEMAS FIBER-WIRELESS USANDO RÁDIO DEFINIDO POR SOFTWARE.

  • Orientador : JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOAQUIM FERREIRA MARTINS FILHO
  • DIVANILSON RODRIGO DE SOUSA CAMPELO
  • JOSE SAMPAIO DE LEMOS NETO
  • LEONARDO DIDIER COELHO
  • Data: 21/12/2021

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  • Este trabalho tem como objetivo documentar a implementação experimental de um sistema Fiber Wireless, baseado na tecnologia analógica de rádio sobre fibra, aplicada no contexto das redes de comunicações móveis de quinta geração. O sistema emula uma Estação Central conectada através de fibra óptica a uma Estação Base, transmitindo um sinal com as características do padrão 5G NR (New Radio), por uma banda de 20 MHz. O transmissor e o receptor foram implementados no GNU Radio, uma plataforma open source de rádio definido por software (SDR, Software Defined Radio). Para viabilizar essa transmissão, foi necessário projetar a arquitetura do sistema, realizar a caracterização dos componentes e implementar o sinal 5G NR, tanto na geração da forma de onda na Estação Central, quanto na recepção e processamento na Estação Base. Para analisar a qualidade do sistema, foi desenvolvida uma metodologia para estimar a taxa de erro (BER, Bit Error Rate) entre os dados transmitidos e recebidos. Os testes foram realizados na configuração rádio sobre fibra tradicional e sua variação Fiber Wireless. Para as duas configurações, foi possível verificar a taxa de erro em função da potência recebida pelo fotodiodo. Por fim, os resultados obtidos foram coletados e registrados neste documento a fim de servirem de referência para avaliar a aplicabilidade de um sistema Fiber Wireless diante dos variados cenários da rede 5G.


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  • This work aims to document the experimental implementation of a Fiber Wireless system, based on analogue radio over fiber technology, applied in the context of fifth generation mobile communications networks. The system emulates a Central Station connected through fiber optics to a Base Station, transmitting a signal with the characteristics of the 5G New Radio standard, over a 20 MHz band. Transmitter and receiver were implemented in GNU Radio, an open source Software Defined Radio (SDR) platform. To make this transmission feasible, it was necessary to design the system architecture, carry out the characterization of the components and implement the 5G NR signal, both in waveform generation at the central station and in reception and processing at the base station. To analyze the quality of the system, a methodology was developed to estimate the bit error rate (BER) between transmitted and received data. The tests were carried out in the traditional radio over fiber configuration and its variation Fiber Wireless. For both configurations, it was possible to verify the bit error rate as a function of the power received by the photodiode. Finally, the results obtained were collected and registered in this document in order to serve as a reference to assess the applicability of a Fiber Wireless system in the various scenarios of the 5G network.

Teses
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  • AÊDA MONALLIZA CUNHA DE SOUSA
  • ONTOLOGIA PARA ESPECIFICAÇÃO DE REQUISITOS EM SISTEMAS EMBARCADOS.


  • Orientador : FERNANDA MARIA RIBEIRO DE ALENCAR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • FERNANDA MARIA RIBEIRO DE ALENCAR
  • GIANCARLO GUIZZARDI
  • JOHNNY CARDOSO MARQUES
  • NATASHA CORREIA QUEIROZ LINO
  • CLEYTON MÁRIO DE OLIVEIRA RODRIGUES
  • MARCIA JACYNTHA NUNES RODRIGUES LUCENA
  • Data: 29/04/2021

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  • Devido à particularidade existentes nos diversos domínios dos Sistemas Embarcados, muitas vezes torna-se difícil entender os requisitos que devem ser identificados e traduzi-los nas funções e limitações esperadas do sistema. A complexidade inerente de diferentes domínios, bem como a necessidade de encontrar defeitos ou falhas com rapidez e precisão, são fatores importantes a serem considerados ao desenvolver esses sistemas. Apesar dos avanços em desenvolvimento de sistemas embarcados, ainda é uma área que merece atenção dos pesquisadores devido a sua complexidade e às poucas iniciativas de engenharia de requisitos que atendem às particularidades desses sistemas. A cada dia algumas abordagens para o desenvolvimento de Sistema Embarcados são propostas, considerando várias áreas do conhecimento, tais como ontologia. Nesse contexto, esta tese visa, a partir dos padrões abertos da Web Semântica (o formalismo da lógica descritiva e a linguagem Ontology Web Language ), definir uma abordagem ontológica para auxiliar a especificação de requisitos em Sistemas Embarcados. Assim, através das Ontologias construídas, destacamos simulações de especificações de requisitos em cenários reais, extraindo os requisitos utilizados, normas e os impactos positivos e negativos que eles podem causar entre si. O método de pesquisa utilizado foi um mapeamento sistemático da literatura, uma revisão sistemática da literatura, survey e entrevistas com especialistas do domínio. Como contribuições desta tese, assinalamos o avanço no uso de ontologias logicamente formalizadas para a representação não-ambígua e compartilhada do conhecimento de requisitos em Sistemas Embarcados. Espera-se com isso auxiliar os desenvolvedores de sistemas embarcados, criando-se um núcleo comum de requisitos. É essencial impulsionar a condução das pesquisas na área da engenharia de requisitos, forma a ter-se qualidade e precisão na especificação no desenvolvimento de sistemas embarcados.


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  • Due to the particularity existing in the various domains of Embedded Systems, it is often difficult to understand the requirements that must be identified and translate them into the system's expected functions and limitations. The inherent complexity of different domains and the need to find defects or flaws quickly and accurately are essential factors for developing these systems. Despite advances in the development of embedded systems, it is still an area that deserves attention from researchers due to its complexity and the few requirements engineering initiatives that meet these systems' particularities. Every day some approaches to the development of Embedded Systems are proposed, considering several knowledge areas, such as ontology. In this context, this thesis aims, based on the Semantic Web's open standards (the formalism of descriptive logic and the Ontology Web Language), to define an ontological approach to assist the specification of requirements in Embedded Systems. Thus, through the built Ontologies, we highlight simulations of requirements specifications in real scenarios, extracting the requirements used, standards, and the positive and negative impacts that they can cause among themselves. The research method used was a systematic mapping of the literature, a systematic review of the literature, a survey, and interviews with experts in the field. As contributions of this thesis, we note the progress in using logically formalized ontologies for the unambiguous and shared representation of requirements knowledge in Embedded Systems. This is expected to assist developers of embedded systems, creating a common core of requirements. It is essential to boost the conduct of research in requirements engineering to have quality and precision in the specification in the development of embedded systems.

     

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  • GUILHERME DELGADO SORIANO
  • Precificação do Despacho Energético com Fluxo de Potência Ótimo na Operação em Curto Prazo com Baterias e Grande Penetração de Renováveis

  • Orientador : RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • FRANCISCO DE ASSIS DOS SANTOS NEVES
  • CARLOS ALBERTO BRAYNER DE OLIVEIRA LIRA
  • BENEMAR ALENCAR DE SOUZA
  • Data: 31/05/2021

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  • Os grandes investimentos em geração de energia renovável vêm trazendo uma reestruturação tanto do perfil de carga dos consumidores como na maneira de lidar com tal volume gerado. Os modelos de planejamento energético e elétrico são afetados por ambas as incertezas, que, traduzidos em preços, dificultam a análise convencional do custo-benefício dos investimentos das empresas dos segmentos de geração, transmissão e distribuição, e consequentemente a segurança operativa do Sistema Interligado Nacional (SIN). Esta Tese visa apresentar um modelo de análise da Programação Diária da Operação (PDO) para sistema hidrotérmico com alta inserção de energia renovável e ocorrências de cortes da geração e congestionamento da rede elétrica. São apreciadas soluções factíveis do ponto de vista operacional e de custo, para possíveis investimentos em armazenadores de energia no despacho energético ótimo integrado à operação elétrica do sistema. Tais soluções são baseadas na formação de Preço Nodal da área analisada, que abrangem desde o custo marginal de operação até as perdas elétricas e por congestionamento. O problema é formulado através do Método de Pontos Interiores, do Fluxo de Potência Ótimo e matriz sensibilidade.


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  • Os grandes investimentos em geração de energia renovável vêm trazendo uma reestruturação tanto do perfil de carga dos consumidores como na maneira de lidar com tal volume gerado. Os modelos de planejamento energético e elétrico são afetados por ambas as incertezas, que, traduzidos em preços, dificultam a análise convencional do custo-benefício dos investimentos das empresas dos segmentos de geração, transmissão e distribuição, e consequentemente a segurança operativa do Sistema Interligado Nacional (SIN). Esta Tese visa apresentar um modelo de análise da Programação Diária da Operação (PDO) para sistema hidrotérmico com alta inserção de energia renovável e ocorrências de cortes da geração e congestionamento da rede elétrica. São apreciadas soluções factíveis do ponto de vista operacional e de custo, para possíveis investimentos em armazenadores de energia no despacho energético ótimo integrado à operação elétrica do sistema. Tais soluções são baseadas na formação de Preço Nodal da área analisada, que abrangem desde o custo marginal de operação até as perdas elétricas e por congestionamento. O problema é formulado através do Método de Pontos Interiores, do Fluxo de Potência Ótimo e matriz sensibilidade.

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  • JONATA CAMPELO DE ALBUQUERQUE
  • Desenvolvimento de Modelos de Curvas de Potência Via IA para Previsão de Geração Eólica em Curto Prazo.


  • Orientador : RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • BENEMAR ALENCAR DE SOUZA
  • JOSE MAURICIO DE BARROS BEZERRA
  • MANOEL AFONSO DE CARVALHO JUNIOR
  • MILDE MARIA DA SILVA LIRA
  • PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
  • RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • Data: 12/07/2021

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  • A modelagem de uma curva de potência é um fator crucial para o desempenho e operação de uma fonte eólica, contribuindo desde o controle até a melhora no desempenho de uma turbina ou parque. Atualmente existem várias técnicas para o ajuste deste fator, cujos métodos utilizados são conhecidos como paramétricos e não paramétricos. Este último cria uma heurística própria dependendo de uma característica ou tendência específica de como os dados de (ventos x Potência) de um parque ou turbina se comportam. Esta Tese visa demonstrar que é possível aumentar a precisão da previsão de geração eólica em curto prazo com a utilização de algumas técnicas originais que utilizam a inferência pré-estabelecida em sistemas Fuzzy e técnicas de Deep Learning como autoencoders e redes de aprendizagem profunda do tipo LSTM. Foram desenvolvidos duas novas heurísticas explicadas no decorrer do trabalho e as mesmas foram comparadas com os modelos já desenvolvidos pelo autor em trabalhos anteriores. Os resultados mostram-se significativos tanto no que diz respeito a previsão de dados componentes do vento como velocidade e direção quanto a previsão de potência atrelada a aplicação dos modelos de curva de potência desenvolvidos. Desta forma os novos modelos e heurísticas desenvolvidos foram efetivos e inovadores contribuindo para a melhora notável do desempenho das previsões em modelos de geração eólica no curto prazo.


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  • A modelagem de uma curva de potência é um fator crucial para o desempenho e operação de uma fonte eólica, contribuindo desde o controle até a melhora no desempenho de uma turbina ou parque. Atualmente existem várias técnicas para o ajuste deste fator, cujos métodos utilizados são conhecidos como paramétricos e não paramétricos. Este último cria uma heurística própria dependendo de uma característica ou tendência específica de como os dados de (ventos x Potência) de um parque ou turbina se comportam. Este Projeto de Tese visa demonstrar que é possível aumentar a precisão da previsão de geração eólica em curto prazo com a utilização de algumas técnicas originais que utilizam a inferência pré-estabelecida em sistemas Fuzzy e técnicas de Deep Learning como redes de aprendizagem profunda inicial. Sendo necessário para isso, aplicar estas técnicas para a melhoria da previsão, na modelagem da tendência base de um sistema eólico, a sua Curva de potência, contribuindo para a melhora notável do desempenho das previsões em modelos de geração eólica no curto prazo.

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  • DIEGO SOARES LOPES
  • MODELAGEM PARA AFERIÇÃO DINÂMICA DA DISTRIBUIÇÃO DE POTENCIAL AO LONGO DE CADEIAS DE ISOLADORES POLIMÉRICAS.


  • Orientador : JOSE MAURICIO DE BARROS BEZERRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • IVAN JOSÉ DA SILVA LOPES
  • EDSON GUEDES DA COSTA
  • JOSE MAURICIO DE BARROS BEZERRA
  • RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • TARSO VILELA FERREIRA
  • Data: 26/07/2021

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  • Esta pesquisa propicia as bases para o desenvolvimento de uma nova técnica de monitoramento, em isoladores poliméricos, através do comportamento da distribuição de potencial durante sua operação. É desenvolvido um modelo capaz de determinar quais dois pontos representam o comportamento da grandeza de interesse e, portanto,  devem ser monitorados, consequentemente levando a uma análise da diferença de potencial entre tais pontos. O modelo pode ser aplicado para qualquer isolador polimérico, desde que sejam conhecidas a tensão aplicada ao isolador e sua distância de escoamento. Sucessivas simulações foram realizadas com o objetivo de testar o modelo, bem como os pontos escolhidos. Tais simulações foram desenvolvidas aplicando o método dos elementos finitos, em que foi considerado um isolador em três dimensões, na presença de apenas um caminho condutivo em sua superfície e com condutividade não-uniforme. Os valores das condutividades utilizadas possuem correspondência com níveis encontrados na natureza, bem como estão relacionados a um nível de depósito de sal equivalente. Em seguida, foram realizados experimentos que corroboram com os resultados obtidos através das simulações, indicando que o modelo se comporta em conformidade com o esperado. Os resultados são promissores, considerando que o método apresenta uma alta taxa de sucesso para a maioria dos cenários de casos.


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  • This research provides the basis for the development of a new monitoring technique, applied to non-ceramic insulators, through analysis of the voltage distribution behaviours along the insulator surface. A model is created aiming to define which two points, on the insulator surface, effectively represents the behaviour of electric potential and, therefore, should be monitored, hence, leading to the analysis of the voltage difference on such points. The developed model can be utilized for any non-ceramic insulator since the voltage applied and leakage distance are known. Successive simulations were made to test the model, as well as the chosen points. Such simulations were carried out using the finite element method, where a three-dimension insulator was modelled in the presence of a narrow conductive path on its surface and non-uniform conductivity. The considered conductivities have a direct correspondence with pollution levels found in the environment, as well as they are related to an equivalent salt deposit density. Then, experiments were carried out that corroborate the results obtained through the simulations, indicating that the model behaves as expected. The results are promising, considering that the method has a high success rate for the majority of case scenarios. 

5
  • MARCELO DE SÁ COUTINHO
  • DISPOSITIVO DE MICRO-ONDAS PARA ANÁLISE E DETECÇÃO DE FALHAS EM HASTES DE ÂNCORA DE TORRES ESTAIADAS

  • Orientador : MARCOS TAVARES DE MELO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • ELIAS MARQUES FERREIRA DE OLIVEIRA
  • LAURO RODRIGO GOMES DA SILVA LOURENCO NOVO
  • LUIZ HENRIQUE ALVES DE MEDEIROS
  • MARCOS TAVARES DE MELO
  • PAULO HENRIQUE RAMALHO PEREIRA GAMA
  • Data: 26/08/2021

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  • Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um dispositivo de micro-ondas como parte de um sistema de detecção de falhas em hastes de âncora, estruturas auxiliares na fixação de torres estaiadas de linhas de transmissão de energia elétrica. Este sistema é baseado em uma técnica de reflectometria no domínio da frequência (do inglês, Frequency Domain Reflectometry) e ferramenta de aprendizado de máquina. As deteriorações (perdas de material) sofridas por estas hastes podem levar à ruptura das mesmas e possível queda da torre. Por se tratar de uma técnica não destrutiva de análise (do inglês, Nondestructive Techniques), este sistema possui um menor custo se comparado a técnica utilizada atualmente, a inspeção visual. Para detecção das falhas, pulsos de alta frequência são inseridos nas amostras de haste de âncora, através de um analisador de redes vetorial (do inglês, Vector Network Analyzer). O coeficiente de reflexão é analisado e comparado ao obtido nos resultados de simulação. Esta tese trata justamente do conector de altas frequências que foi desenvolvido para fazer a interconexão entre o VNA e a haste de âncora. O arranjo experimental envolve ainda, além do VNA e do conector de altas frequências, uma haste de referência. Esta haste, juntamente com a de âncora, formam uma linha de transmissão onde o sinal é trafegado. Amostras de hastes de âncora com e sem falhas foram simuladas, fabricadas, medidas e classificadas com o auxílio de uma ferramenta de aprendizado de máquina para determinar a presença ou ausência das falhas em cada uma delas.


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  • This work presents development of a microwave device of a fault detection system on anchor rod, which are structures that help support the guyed power transmission towers. This thesis project presents a system based on a frequency domain reflectometry (FDR) method and machine learning tool. The material loss suffered by these rods can lead to their rupture and therefore the guyed tower is about to fall. To avoid this accident, the companies have carries out prevent maintenance on their steel structures using the visual inspection technique on each anchor rod. A nondestructive techniques (NDT) has being developed which uses high frequency signals to detect faults on the anchor rods surface. High frequency pulses are inserted into the anchor rod samples through a vector network analyzer (VNA) for fault detection. The reflection coefficient is analyzed and compared to that obtained in the simulation results. A high frequency connector has been developed in this thesis to interconnect the VNA and the anchor rod. The experimental arrangement also involves, besides the VNA and the high frequency connector, the reference rod. The reference and anchor rods form a transmission line for signal traffic. Samples of anchor rods with and without faults were simulated, fabricated, measured and classified by a machine learning tool to determine the presence or absence of the faults on each of them.

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  • MARCIO SEVERINO DA SILVA
  • EFICIENTIZAÇÃO DE LINHAS AÉREAS DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICACENTRADA NA REDUÇÃO DE PERDAS EM CABOS PARA-RAIOS

  • Orientador : JOSE MAURICIO DE BARROS BEZERRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JOSE MAURICIO DE BARROS BEZERRA
  • RONALDO RIBEIRO BARBOSA DE AQUINO
  • ARMANDO HIDEKI SHINOHARA
  • OTONI NOBREGA NETO
  • JOSÉ PISSOLATO FILHO
  • TARSO VILELA FERREIRA
  • Data: 30/08/2021

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  • O sistema de transmissão de qualquer país, e isso inclui o Brasil, constitui um dos elementos mais importantes e complexos de um sistema elétrico. Tais complexidades apresentam características legais e operacionais. Do ponto de vista legal é desejável que o modelo de transmissão seja o mais adequado possível para os interesses da sociedade. Do ponto de vista da operação, cabe às linhas de transmissão transportarem os grandes pacotes de energia dos centros geradores até o consumo. Um dos desafios atuais é fazer o transporte de energia com os menores percentuais de perdas possíveis. As perdas menores no sistema de transmissão representam, também, um ganho ambiental com a redução da produção de gases de efeito estufa, por exemplo. Equalizar então os interesses sob a ótica da legislação, menores perdas e benefícios ao meio-ambiente é, portanto, um desafio para engenheiros e técnicos do setor. Neste contexto, esse trabalho apresentar uma nova abordagem que visa reduzir as perdas em cabos para-raios de linhas de transmissão. A solução adotada para o problema foi a alteração do IACS do condutor para-raios. Essa solução foi testada de várias formas diferentes e em situações diferentes para se avaliar se seria uma alternativa viável para reduzir as perdas sem, contudo, comprometer a operação da linha de transmissão. Como resultado, obteve-se uma solução inovadora que foi testada computacionalmente e está pronta para ser implementada em testes de campo.


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  • The transmission system of any country, and that includes Brazil, constitutes one of the most important and complex elements of an electrical system. Such complexities have legal and operational characteristics. From a legal point of view, it is desirable that the transmission model is as adequate as possible for the interests of society. From the point of view of operation, it is up to the transmission lines to transport large packages of energy from the generating centers to consumption. One of the current challenges is to transport energy with the lowest percentage of losses possible. Lesser losses in the transmission system also represent an environmental gain with the reduction in the production of greenhouse gases, for example. Therefore, equalizing interests from the perspective of legislation, reducing losses and benefits to the environment is therefore a challenge for engineers and technicians in the sector. In this context, this work presents a new approach that aims to reduce losses in transmission line lightning rods. The solution adopted for the problem was to change the IACS of the Ground wires. This solution was tested in several different ways and in different situations to assess whether it would be a viable alternative to reduce losses without, however, compromising the operation of the transmission line. As a result, an innovative solution was obtained that was computationally tested and is ready to be implemented in field tests.

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  • ALINE VICTORIA CAVALCANTI PEREIRA
  • CONVERSORES C.C./C.C. DE ALTO GANHO COM CHAVE ÚNICA PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS.

  • Orientador : MARCELO CABRAL CAVALCANTI
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CASSIANO RECH
  • FABRICIO BRADASCHIA
  • GUSTAVO MEDEIROS DE SOUZA AZEVEDO
  • LEONARDO RODRIGUES LIMONGI
  • MARCELLO MEZAROBA
  • MARCELO CABRAL CAVALCANTI
  • Data: 16/11/2021

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  • O crescente interesse por sistemas de geração distribuída, em especial, os formados por fontes de energia renováveis, fomenta os estudos de conversores c.c./c.c. com alto ganho de tensão. Em aplicações fotovoltaicas, se faz necessário elevar a tensão para conectar o módulo a rede.  Sendo assim, esta tese propõe uma família de conversores c.c./c.c. de alto ganho com única chave semicondutora. A variação das topologias é obtida com a modificação nas posições dos capacitores e o alto ganho é atingido através do acoplamento magnético. Os circuitos grampeadores reduzem os esforços de tensão na chave, possibilitando o uso de MOSFET com baixa resistência interna. Desta forma, as perdas por condução são minimizadas. Além disso, os diodos operam com comutação sob zero de corrente, eliminando as perdas por recuperação reversa. O princípio de funcionamento dos conversores, as etapas de operação, as principais formas de onda e os esforços nos componentes são analisados para o modo de condução contínua. Um protótipo de potência nominal de 140 W foi desenvolvido para avaliar o desempenho das topologias propostas. A eficiência a carga plena é de 91,84% e a eficiência máxima 93,77% foi atingida com 51,27 W.


  • Mostrar Abstract
  • The growing interest in distributed generation systems, especially for renewable energy sources, encourages further research works on DC-DC converters. In photovoltaic applications, it is necessary to increase the voltage to connect the PV module to the grid. Thus, this thesis proposes a family of high step-up DC-DC converters with single switch. The variation of topologies is obtained by modifying the positions of the capacitors and the high gain is achieved through magnetic coupling. The passive clamp circuit reduces the voltage stress across the switch, allowing the use of low RDSon MOSFET. This leads to low conduction loss of the switch. In addition, the diodes operate with zero-current switching at their turn-off transition, eliminating the reverse recovery losses. The operation principle, steady-state analysis, the main waveforms and the voltage stresses across components are presented. A prototype with rated power of 140W is built to evaluate the performance of the proposed topologies. The highest efficiency obtained is 93.77% at 51.27 W, while at full load, the efficiency is 91.84%.

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  • VALENTINA ALESSANDRA CARVALHO DO VALE
  • PROPOSIÇÃO DE ESTRATÉGIAS DE ATRIBUIÇÃO DA POTÊNCIA DE LANÇAMENTO CONSIDERANDO PENALIDADES FÍSICAS EM REDES ÓPTICAS ELÁSTICAS TRANSPARENTES.

  • Orientador : RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RAUL CAMELO DE ANDRADE ALMEIDA JUNIOR
  • CARMELO JOSÉ ALBANEZ BASTOS FILHO
  • LEONARDO DIDIER COELHO
  • DANIEL AUGUSTO RIBEIRO CHAVES
  • HELDER ALVES PEREIRA
  • Data: 20/12/2021

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  • As Redes Ópticas Elásticas (EON) têm se mostrado a solução para o crescente tráfego de dados e para as conexões heterogêneas com diferentes larguras de banda acarretadas pela diversificação dos serviços ofertados. Neste contexto, esta pesquisa contribuiu com a mitigação de lacunas no problema inerente em EON, o PRMLSA (Power, Routing, Modulation Level and Spectrum Assignment), sobretudo a atribuição de potência de lançamento. O PRMLSA foi abordado através de simulações de EON transparente com tráfego dinâmico e com fidelidade na reprodução de efeitos de camada física por modelos matemáticos de propagação não-linear com baixa complexidade computacional. Assim, foi inicialmente realizado um estudo sobre a importância da potência de lançamento na Qualidade de Transmissão (QoT - Quality of Transmission), seguido do desenvolvimento de técnicas de atribuição de potência de lançamento: (i) máxima; (ii) mínima; (iii) acrescida de margem; (iv) adaptativa; (v) evolucionária. As técnicas de máxima, mínima e acrescida de margem formam a base das técnicas adaptativa e evolucionária, nas quais a função para a potência de lançamento é definida pelo valor mínimo de potência acrescido de um percentual da diferença entre o máximo de potência e o mínimo de potência (margem de potência). Entretanto, a técnica adaptativa utilizou um algoritmo que parte de um percentual fixo para a margem de potência e, caso necessário, ajusta o valor de potência somando e/ou subtraindo um percentual de seu valor para atender sua QoT e das demais conexões da rede. Enquanto, a estratégia evolucionária utilizou uma representação por Série de Potência através da meta-heurística PSO (Particle Swarm Optimization) para encontrar valores adequados a serem atribuídos à margem de potência. Como resultado para a probabilidade de bloqueio (BP), índice de desempenho de rede considerado nesta pesquisa, é possível observar melhorias significativas com a utilização das novas técnicas de atribuição de potência de lançamento, especificamente adaptativa e evolucionária, comparadas às difundidas na literatura.


  • Mostrar Abstract
  • Elastic Optical Networks (EON) have been chosen as the prominent solution for supporting the growing data traffic with heterogeneous bandwidth requirements, caused by the diversification of offered services. In this context, this research contributed to the mitigation of gaps in the inherent problem of Power, Routing, Modulation Level and Spectrum Assignment (PRMLSA) in EONs, especially the launch power assignment. PRMLSA was addressed in this work by the evaluation of transparent EONs under dynamic traffic and fidelity in the reproduction of physical layer effects through mathematical models of non-linear propagation with low computational complexity. Thus, initially, a study of the importance of appropriate launch power in Quality of Transmission (QoT) was undertaken, followed by the development of launch power assignment techniques: (i) maximum; (ii) minimum; (iii) added margin; (iv) adaptive; (v) evolutionary. The techniques of maximum, minimum and added margin form the basis of adaptive and evolutionary techniques, in which the launching power function was defined as the minimum power value plus a percentage of the difference between the maximum power and the minimum power (power margin). The adaptive technique used an algorithm that starts from a fixed percentage for the power margin and, if necessary, adjusts the power value by adding and/or subtracting a percentage to meet the QoT of the presumed connection and any other active in the network. On the other hand, the evolutionary technique used the Power Series technique through the use of the Particle Swarm Optimization (PSO) meta-heuristic to find adequate values to be assigned to the power margin. Significant reductions in the path request blocking probability (BP), network performance index considered in this research, are observed when the proposed launching power assignment techniques, specifically adaptive and evolutionary ones, are compared to disseminated techniques in the literature.

2019
Dissertações
1
  • LUCAS ARAUJO DE ALMEIDA
  • APROXIMAÇÕES DE BAIXA COMPLEXIDADE PARA A TRANSFORMADA DISCRETA DE HARTLEY.

  • Orientador : RENATO JOSE DE SOBRAL CINTRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RENATO JOSE DE SOBRAL CINTRA
  • RAYDONAL OSPINA MARTINEZ
  • VITOR DE ANDRADE COUTINHO
  • Data: 30/08/2019

  • Mostrar Resumo
  • As transformadas discretas ganharam destaque nas últimas décadas com a evolução dos sistemas digitais. A comunidade de processamento de sinais direcionou esforços ao desenvolvimento de algoritmos rápidos capazes de implementar as transformadas de modo mais eficiente. A vasta pesquisa nesta área, tem restultado em algoritmos com complexidade multiplicativa próxima da cota mínima. Assim, as transformadas aproximadas surgiram como um artifício matemático para evitar as operações de multiplicação. A presente dissertação, aborda aproximações de baixa complexidade para uma transformada ainda pouco explorada neste sentido, a transformada discreta de Hartley (DHT). Dois métodos de busca baseados na parametrização da matriz da DHT são propostos e implementados. O Método I utiliza a representação matricial da DHT em sua forma não fatorada, enquanto o método II faz uso das fatorações de Winograd e Cooley-Tukey para derivar aproximações já na forma de algoritmos rápidos. As aproximações são obtidas por meio da solução de um problema de otimização que avalia três funções objetivo. Estas funções, são métricas de similaridade entre as aproximações e a transformada exata. Duas das funções objetivo são conhecidas na literatura, erro de energia total e desvio de ortogonalidade, e a terceira métrica, denominada erro de involução, é proposta neste trabalho. Os métodos de busca derivam, no total, 45 novas aproximações de comprimento N = 3, 5, 7, 8, 16, 32. Uma aplicação de reconhecimento facial utilizando filtros MACE no domínio de Fourier foi adaptada para o domínio de Hartley. As dezoito aproximações de comprimento N = 32 obtidas, foram submetidas ao sistema de verificação facial e comparadas com a transformada da DHT exata. As aproximações apresentaram uma média de taxa de erro entre 0,32% e 0,50%, tendo algumas superado a DHT exata, a qual obteve média de taxa de erro de 0,36%.


  • Mostrar Abstract
  • In recent decades, discrete transforms have received increasing attention with the evolution of digital systems. The signal processing community has focused on developing fast algorithms capable of implementing transforms more efficiently. The extensive research in this area has resulted in algorithms with multiplicative complexity close to the minimum limit. Thus, the approximate transforms emerged as a mathematical tool to avoid multiplication operations. The present dissertation investigates low complexity approximations for a transform with incipient exploration in this sense, the discrete Hartley transform (DHT). Two search methods based on the parameterization of the DHT matrix are proposed and implemented. The first method uses the DHT matrix in its non-factored representation, while the second method makes use of Winograd and Cooley-Tukey factorizations to derive approximations with their fast algorithms. The approximations are obtained by solving an optimization problem that evaluates three objective functions. These functions are metrics of similarity between the approximations and the exact transform. Two of the objective functions are known in the literature, total energy error and orthogonal deviation, and the third metric, called involution error, is proposed in this work. Both search methods derive a total of 45 new approximations of length N = 3, 5, 7, 8, 16, 32. A facial recognition application using MACE filters in Fourier domain was adapted to the Hartley domain. The 18 approximations of length N = 32 obtained were submitted to the face verification system and compared with the exact DHT transform. The approximations presented an average of error rate between 0.32% and 0.50%, some exceeding the exact DHT, which obtained an average of error rate of 0.36%.

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