01 - Doutorado - Engenharia Elétrica

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Navegando 01 - Doutorado - Engenharia Elétrica por Autor "Granziera Júnior, Francisco"

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    Attitude-Independent magnetometer calibration including time-varying bias using a helmholtz coil powered by a howland current source
    (2023-04-20) Batista, Daniel Strufaldi; Melo, Leonimer Flávio de; Granziera Júnior, Francisco; Tosin, Marcelo Carvalho; Silva, William Reis; Silva, Felipe Oliveira e
    As medidas de magnetômetros são uma fonte confiável de informações para diversos sistemas de controle e determinação de atitude. Por exemplo, nanossatélites, veículos aéreos não tripulados, aeronaves e muitos outros sistemas utilizam as leituras de sensores magnéticos. Além disso, o uso de sensores magnéticos de baixo custo aumentou exponencialmente, em missões espaciais e outras aplicações, como consequência do avanço de pequenas espaçonaves e aeronaves nas últimas décadas. Esses sistemas são geralmente construídos em torno de designs menores e de baixo custo e, consequentemente, essas aplicações geralmente dependem de informações fornecidas por sensores MEMS (sistemas microeletromecânicos) de baixo custo. Portanto, a calibração de sensores magnéticos de baixo custo é essencial para garantir a precisão, por exemplo, de sistemas de determinação de atitude que utilizam as informações do campo geomagnético terrestre. No entanto, o avanço das espaçonaves de menor tamanho também adiciona outro problema à calibração dos sensores devido aos sistemas eletrônicos e correntes elétricas presentes ao redor do sensor. Isso pode causar interferências variáveis no tempo nas medições dos sensores, como na forma de bias. Nesse sentido, esta tese aborda o problema de calibração de sensores magnéticos de baixo custo considerando interferências variáveis ao longo do tempo. Uma das contribuições desta tese é o estimador utilizado para encontrar os parâmetros de calibração, onde é proposta a aplicação direita de um estimador de mínimos quadrados não lineares para encontrar os parâmetros de calibração do modelo não linear de magnetômetros proposto no algoritmo Extended Two-Step. A tese também aborda a expansão deste algoritmo para incluir bias variáveis ao longo do tempo. Além disso, esta tese propõe uma metodologia para investigar experimentalmente a calibração dos sensores utilizando um simulador de campos magnéticos. Por conseguinte, outra contribuição desta tese é uma metodologia para usar uma bobina de Helmholtz de três eixos a fim de avaliar a calibração de magnetômetros suscetíveis a interferências variáveis ao longo do tempo. O simulador de campos magnéticos deve gerar estes campos em malha aberta (sem um controlador atuando na malha do campo magnético) para fornecer uma bancada de teste adequada para o problema. Portanto, a tese descreve o simulador, composto pela bobina de Helmholtz, um sistema de simulações Hardware-in-the-Loop (HiL) e uma Fonte de Corrente de Howland (HCS), e demonstra como calibrar este setup. O sistema calibrado é usado para gerar campos magnéticos em malha aberta para calibrar magnetômetros sujeitos a interferências variáveis no tempo. Outro tópico desta tese é a fonte de corrente empregada no simulador. Uma fonte de corrente elétrica precisa e estável é essencial para garantir a precisão do campo magnético gerado. Assim, outra contribuição da tese é a análise e os resultados da fonte HCS de alta potência usando amplificadores operacionais de alta potência. A HCS é uma fonte de corrente controlada por tensão linear tipicamente empregada em aplicações de baixa corrente, como as biomédicas, porém apesar do seu amplo uso nessas aplicações e correlatas, a literatura carece de sua análise de erro em condições de corrente mais alta. Dessa forma, este trabalho traz duas contribuições em relação à HCS. Primeiramente, discute como projetar de maneira casada o circuito da HCS de potência em conjunto com o simulador de campos magnéticos. Em segundo lugar, apresenta um estudo detalhado e a análise prática da HCS usando amplificadores de alta potência para aplicações em baixa frequência, com altos requisitos de linearidade e acurácia na corrente elétrica
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    Desenvolvimento e análise de modelo robótico baseado na Plataforma Stewart-Gough aplicado à simulação de tremores de Parkinson
    (2023-09-27) Fajardo Junior, Jair; Melo, Leonimer Flávio de; Agulhari, Cristiano Marcos; Souza, Reginaldo Nunes de; França, José Alexandre de; Granziera Júnior, Francisco; Ló, Thiago Berticelli
    A Doença de Parkinson é uma enfermidade neurodegenerativa progressiva mais conhecida pelas implicações ao sistema motor, resultando em movimentos involuntários conhecidos como tremores. Buscando uma solução não invasiva, diversos trabalhos tem utilizado tecnologias vestíveis para avaliação de características específicas dos tremores e por meio de algoritmos especializados, se propõem a identificar padrões nos tremores e posteriormente realizar supressão destes movimentos involuntários, utilizando atuadores posicionados em juntas específicas como o punho. No entanto, o desenvolvimento de tais tecnologias depende, em sua maioria, de pacientes para testes presenciais, implicando em dificuldades tanto para os enfermos quanto para os pesquisadores. Assim, pretende-se desenvolver um sistema mecatrônico baseado na plataforma Stewart-Gough, que simule de forma satisfatória os movimentos de tremor causados pela doença de Parkinson. Neste trabalho, foi desenvolvido um simulador em ambiente computacional baseado no modelo cinemático e dinâmico da plataforma Stewart, para realizar testes e avaliar se o mecanismo robótico é capaz de replicar os movimentos de tremor de repouso causado pela DP na mão. O modelo foi desenvolvido em um ambiente de simulação utilizando a Biblioteca Simscape Multibody do Matlab, possibilitando estudos do espaço de trabalho, resposta dos motores ao estímulo em uma determinada faixa de frequência de tremores, bem como o torque fornecido pelos motores. Além disso, por meio de dados reais de pacientes portadores da Doença de Parkinson, foram realizados testes de reprodução dos sinais capturados. O modelo foi capaz de replicar os sinais de entrada com um coeficiente de correlação de Pearson de 0,94 em média. Este estudo antecede a construção de uma plataforma real, sendo importante avaliar como a cinemática e dinâmica dos movimentos funcionam durante a execução. O sistema tem como objetivo realizar testes preliminares com tremor sem a necessidade da presença do paciente, possibilitando a simulação da evolução da doença de Parkinson, variações nos movimentos do tremor, tanto em sua forma e amplitude, quanto no espectro da frequência. Essa implementação pode ajudar na comparação entre técnicas de supressão e auxiliar no desenvolvimento de novas tecnologias.