Dissertações/Teses

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2022
Dissertações
1
  • 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.

2
  • 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.

     

Teses
1
  • 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.

2
  • 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.

     

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. 


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  • 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.

7
  • 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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