02 - Mestrado - Engenharia Elétrica

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Desempenho e otimização de sistemas de comunicação sem-fio MIMO com elevado número de antenas
(2014-11-19) Marinello Filho, José Carlos; Abrão, Taufik; Panazio, Cristiano Magalhães; Angélico, Bruno Augusto
Neste trabalho, diferentes aspectos de sistemas de comunicação sem-_o empregando múltiplas antenas transmissoras e receptoras (multiple-input-multiple-output) (MIMO) são abordados, privilegiando a análise dos sistemas com elevada dimensionalidade, de forma a avaliar cenários onde características MIMO desejáveis possam ser exploradas. Assim, na primeira parte deste trabalho, um esquema de detecção aplicado ao uplink de tais sistemas é proposto, o qual combina as técnicas de redução treliça (lattice reduction) (LR) e otimização por colônia de formigas (ant colony optimization) (ACO), sendo o seu desempenho avaliado para elevadas dimensões do sistema (até 20_20, 4-QAM) e canais espacialmente correlacionados, apresentando um bom compromisso desempenho X complexidade. Na segunda parte do trabalho, o foco passa a ser a otimização do downlink de sistemas MIMO: uma formulação convexa para o problema da transmissão multiusuário (multiuser transmission) (MuT) visando a minimização da taxa de erro de bit (MinBER) é desenvolvida, a partir da qual diversos métodos de otimização determinísticos e heurísticos são aplicados. Ao final da análise desenvolvida, conclui-se que a técnica proposta busca em linha quase-Newton - função penalidade (line search quasi- Newton - penalty function) (LSQN-PF) apresentou o melhor compromisso desempenho X complexidade para elevadas dimensões de sistema. Na terceira parte do trabalho, analisa-se sistemas multi-celulares não cooperativos baseados em duplexagem por divisão de tempo (time division duplex ) (TDD), em que uma enorme quantidade de antenas é empregada na estação rádio-base (base station) (BS), sendo a informação de estado do canal (channel state information) (CSI) estimada por meio da transmissão de sequências piloto no uplink. Nesse cenário, caracterizase o desempenho sob a métrica da taxa de erro de bit (bit-error-rate) (BER) para a condição limite do número de antenas na BS tendendo a infinito, derivando-se expressões e comprovando sua validade por meio de simulações computacionais. Então, com base na expressão derivada e em outras presentes na literatura, uma metodologia de otimização do sistema é proposta, a qual consiste em distribuir as sequências de treinamento entre os usuários da célula de forma eficiente.
Modelagem em espaço de estados aplicado à Fonte Δ de Impedância
(2022-07-06) Pessôa, Guilherme Almeida; Silva, Newton da; França, José Alexandre de; Nascimento, Claudinor Bittencourt
This work deals with the mathematical modeling of the Source ? of Impedance. initially is presenting what an impedance source is by using examples and applications, indicating where the ? Source stands out among the other sources and also explaining its form of operation. In the modeling, the average state space technique is used, applied to the Source ? and two main highlights are obtained: The simple transfer function and compact due to the use of the magnetizing current of the coupled inductor as a variable of state, and the analysis of the effects of the resistor in series with the capacitor in relation to the voltage capacitor average. For the validation of the mathematical model, the methods simulation and experimental data collection. The following are performed in the simulation: tests: frequency sweep, load step in open loop and loop system closed circuit and sweep through the duty cycle value to ascertain series resistor effects with the capacitor. For the collection of experimental data, a prototype was designed and about tests were carried out: load steps with the controlled prototype and a sweep of the duty cycle with additional resistor in series with the capacitor. In both processes of validation the theoretical data are corroborated
Reconfigurable intelligent surfaces driven B5G networks: an analytical performance perspective
(2023-07-30) Souza Junior, Wilson de; Abrão, Taufik; Amiri, Abolfazl; Jacob, Jaime Laelson
Comunicação Massiva do Tipo Máquina (mMTC), Banda Larga Móvel Aprimorada (eMBB) e Comunicação de Baixa Latência e Ultra Confiabilidade (URLLC) desempenharão uma função muito importante nas redes de comunicação atuais Além da Quinta Geração (B5G) do que nas redes de comunicação de Quinta Geração (5G), cujo objetivo é operar em cenários futuros como casas inteligentes, fábricas inteligentes, transporte e dirigibilidade inteligentes, bem como dar suporte à comunicação ubíqua em todos outros ambientes práticos previstos para estarem inclusos, na então denominada, Indústria 4.0. Evidentemente, a demanda por taxas de dados nestes cenários serão fortemente aumentadas devido aos inúmeros serviços a serem ofertados. Ademais, o número de dispositivos conectados tem crescido exponencialmente, uma vez que a Internet das Coisas (IoT) será essencial para se atingir o futuro projetado. Para atender todos estes cenários com serviços de alta qualidade, novas tecnologias serão necessárias, uma vez que as tecnologias existentes não serão eficientes em atender simultaneamente todas as demandas dessas redes de comunicação. Além disso, uma vez que os recursos de rádios são escassos, é desafiador desenvolver novos métodos para fornecer qualidade de serviço aceitável aos usuários enquanto simultaneamente deve-se atender aos requisitos necessários para uma comunicação sustentável. Considerando os desafios mencionados anteriormente, nesta Qualificação de Mestrado nós discutimos o impacto de se aplicar uma nova tecnologia promissora em sistemas de comunicação denominada Superfície Inteligente Reconfigurável (RIS) através da sua forma convencional, bem como sua derivação avançada denominada RIS de Transmissão e Reflexão Simultânea (STAR-RIS), tendo em vista obter uma compreensão abrangente de como a RIS pode impactar métricas de desempenho importantes, nas atuais redes de comunicação, como confiabilidade, taxa de dados e eficiência energética. Associada à tecnologia habilitadora RIS, também integramos ao esquema de transmissão as estruturas de Múltiplas-Entradas Múltiplas-Saidas massiva (mMIMO) e o esquema de Múltiplo Acesso não-Ortogonal (NOMA) com intuito de caracterizar o potencial operacional destas tecnologias em conjunto com a RIS. Além disso, neste trabalho, nós focamos na comunicação sustentável através dos estudos em comunicação cooperativa com ajuda de Transmissão Simultânea de Energia e Informação (SWIPT), bem como desenvolvemos uma análise sobre seleção do número de antenas na estacão rádio-base e seleção do número de elementos da RIS visando incrementar a Eficiência Energética (EE) e Eficiência Espectral (SE) enquanto mantém altos índices de confiabilidade de comunicação. Por fim, neste trabalho, predominantemente, utilizamos uma extensa abordagem analítica para a descrição de cada problema e respectiva solução proposta buscando entender sistematicamente o impacto de cada parâmetro no desempenho do sistema como um todo, incluindo probabilidade de outage, EE, SE, confiabilidade, bem como reduzir a complexidade dos sistemas de transmissão, propondo algoritmos quase-ótimos eficientes, tendo em vista adequar suas operações aos problemas práticos no mundo real.
Avaliação de aprendizagem LBP para segmentação semântica de pavimentação asfáltica baseada em U-Net
(2024-07-30) Yui, Mauricio Kendi; Melo, Leonimer Flávio de; França, Maria Bernadete de Morais; Batista, Daniel Strufali; Souza, Wesley Angelino de
A direção autônoma emerge naturalmente do notável avanço demonstrado pela Inteligência Artificial (IA) nos últimos anos, impulsionada, em grande parte, pelo desenvolvimento contínuo de recursos de hardware e software. Nesse contexto, este trabalho propõe a aplicação de ferramentas de IA, mais especificamente no domínio da Aprendizagem Profunda, para realizar a segmentação semântica de pavimentações asfálticas em imagens rasterizadas. A abordagem adotada utiliza a rede neural U-Net para alcançar esse objetivo, enquanto o algoritmo Local Binary Pattern (LBP) é investigado devido à sua vantagem declarada de invariância luminosa. Este trabalho contribui ao validar que a integração do algoritmo LBP pode aprimorar o desempenho da rede neural U-Net, especialmente em condições não previstas na base de dados de treinamento original.
Increasing distributed energy resources hosting capacity in distribution systems using d-statcom devices and reconfiguration
(2025-03-06) Patiño, Juan Esteban Suarez; Pareja, Luis Alfonso Gallego; Paiva, Juliani Chico Piai; Franco, Edgar Manuel Carreño
The increasing penetration of distributed energy resources (DER), such as solar photovoltaic (PV) generation, in power distribution systems (PDS) poses significant operational challenges. Hosting capacity (HC) is considered an indicator of the acceptable level of DER integration in a PDS, which is why efforts are made to increase its value. This study presents a methodology to enhance the HC of DER in PDS through the integration of distribution static compensator (D-STATCOM) devices and network reconfiguration. Aligned with the United Nations’ (UN) Sustainable Development Goals (SDG), the proposed approach employs mathematical models to determine the optimal placement of D-STATCOMs and solve the distribution systems reconfiguration (DSR) problem, ensuring a safer and more efficient integration of DER. All models are based on a power flow for radial PDS and are formulated as mixed-integer linear programming (MILP) optimization models. To date, such MILP models for D-STATCOM devices and for DSR and D-STATCOMs simultaneously have not been found in the specialized literature. Reconfiguration proves to be highly versatile in improving the overall conditions of the system, while the D-STATCOM devices, despite its effectiveness, has limitations that suggest the need for further analysis to explore its full potential. The methodology involves an iterative process to calculate the HC, incorporating D-STATCOM and DSR models in each iteration. The main contribution of this work is the introduction of a combined model that simultaneously integrates reconfiguration and D-STATCOM devices, providing a robust solution to address the challenges associated with the growing penetration of DER in PDS. The proposed methodology was validated using the 33, 69, and 136-bus benchmark test systems, widely referenced in specialized literature. The results demonstrate that the combination of these two approaches significantly increases HC, achieving up to 95% improvement in cases with critical initial limitations. The results also demonstrate the accuracy of the iterative method for calculating HC, as well as the effectiveness and efficiency of D-STATCOM devices and DSR in increasing HC and improving the operational conditions of PDS.
Planejamento de subestações de distribuição de energia considerando unidades de armazenamento de energia com alta penetração de geração distribuída
(2025-03-07) Vanegas, Carlos Eduardo Salazar; Pareja, Luis Alfonso Gallego; Rocha, Carlos Roberto Mendonça da; Maciel, Renan Silva
Este trabalho aborda o problema do planejamento ótimo de subestações de distribuição de energia elétrica, integrando unidades de armazenamento de energia em baterias para sistemas de distribuição de energia elétrica (SDEE) com alta penetração de geração distribuída (GD). Dado o crescimento da GD e o desafio de assegurar uma distribuição eficiente e confiável, o estudo se concentra no desenvolvimento de modelos matemáticos de programação linear inteira mista (PLIM) para a alocação e dimensionamento ótimos de subestações (ADOSE) e para a alocação, dimensionamento e operação ótimos de sistemas de armazenamento de energia em baterias (Battery Energy Storage System – BESS), denominado ADOO-BESS. Todos os modelos são baseados em um fluxo de potência linear para SDEE radiais. Em particular, o modelo de PLIM para ADOO-BESS apresentado neste trabalho é inovador, pois não se encontrou na literatura especializada outro modelo que integre o fluxo de potência linear em SDEE radiais, como o desenvolvido neste estudo. Esses modelos buscam minimizar as perdas de potência, melhorar os perfis de tensão, otimizar os custos de investimento e assegurar o atendimento adequado da demanda nos SDEE. Por meio de um processo sequencial, os modelos permitem avaliar o impacto dessas estratégias na melhoria das condições técnicas e operacionais dos SDEE com alta penetração de GD. Para a implementação dos modelos matemáticos propostos, utilizou-se a linguagem de programação AMPL e o solver comercial CPLEX. Para validar a eficácia e a eficiência dos modelos, foram realizadas simulações nos sistemas de teste de 33, 54 e 69 barras. Os resultados obtidos demonstram a efetividade dos BESS na redução de perdas de energia e na moderação dos picos de demanda, além de proporcionar melhorias nos perfis de tensão. Por outro lado, validou-se o funcionamento da ADOSE como uma ferramenta eficiente para determinar as rotas e o tamanho ótimo dos condutores que atenderão as demandas futuras.
Modulação espacial em sistemas de comunicação sem fio : compromisso complexidade-desempenho
Souza, Reginaldo Nunes de; Abrão, Taufik [Orientador]; Dias Neto, Fernando Ciriaco; Angélico, Bruno Augusto; Fraidenraich, Gustavo
Resumo: Este trabalho desenvolve uma análise abrangente relativa aos principais esquemas de modulação espacial (SM) aplicados a sistemas de comunicação sem fio Complexidade, desempenho e ganho de diversidade associados aos três principais esquemas SM propostos para sistemas de comunicação com múltiplas-entradas-múltiplas-saídas (MIMO) são analisados e comparados com o sistema MIMO V-BLAST convencional Os três esquemas SM, denominados a) modulação espacial, b) modulação por chaveamento espacial (SSK), e c) modulação por chaveamento espacial generalizado (GSSK), oferecem baixa complexidade, alta taxa de dados, especialmente quando comparados aos esquemas de comunicação com entrada-única-saída-única (SISO), obtendo-se assim flexibilidade de projeto Especificamente, este trabalho tem como objetivo explorar as características dos principais esquemas de modulação espacial, bem como avaliar o compromisso desempenho-complexidade, sob a perspectiva da eficiência espectral e energética A complexidade destes esquemas de modulação espacial em termos de número de operações complexas e número de operações de ponto flutuante (flop) é cuidadosamente comparada sob a mesma eficiência espectral Os resultados numéricos mostram ganhos de desempenho em termos de taxa de erro de bit enquanto tais esquemas mantém complexidade menor que o esquema clássico V-BLAST para eficiência espectral abaixo de 12 bits por intervalo de transmissão e mesma largura de banda Complementarmente, o desempenho do detector ótimo SM é avaliado considerando canais correlacionados com desvanecimento Nakagami-m Resultados mostram que em condições severas de canal, a técnica SM torna-se interessante, pois quanto mais informação é codificada pelos índices das antenas, melhor é o desempenho Adicionalmente, neste trabalho, a técnica SM com detecção ótima é avaliada e comparada à técnica V-BLAST quando há estimativa imperfeita dos coeficientes de canal na recepção, bem como a aplicação da técnica SM ao contexto MIMO denso também é introduzido Resultados de simulação Monte Carlo mostram a maior robustez de SM em relação ao quesito erros nas estimativas de canal, bem como sugerem uma grande potencialidade da técnica SM quando utilizada em canal MIMO denso
Avaliação e seletividade de técnicas de montagens de núcleos de transformadores
Ferraz Junior, Saulo da Silva; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; Mendonça, Márcio; Gaino, Ruberlei
Resumo: O trabalho proposto refere-se à avaliação e seletividade (prática em chão de fábrica) de técnicas de montagem de núcleo de transformadores, visando á redução nos custos capitalizados e maior eficiência energética podendo assim mostrar as concessionárias de energia elétrica a tão importante redução das perdas dos transformadores Tais perdas se traduzem em custo para a concessionária, como solução para este problema o trabalho realizará dois protótipo de transformadores, um de 3kVA e outro de 5kVA onde poderá ser analisado qual a melhor técnica de montagem dos núcleos em estudo, o tipo Convencional (Single Steplap) e o Step-lap (Multi Step-lap), o resultado mostrado traz uma comparação detalhada entre os protótipos, e com os resultados obtidos sobre a otimização da técnica de montagem dos mesmos, que visa sempre a redução de suas perdas
Uma integracão de soluções em software livre aplicada à microssimulação de tráfego urbano
Pinheiro, Leonardo Mota; Cervantes, Silvia Galvão de Souza [Orientador]; Silva, Paulo Cesar Marques da; França, José Alexandre de; Melo, Leonimer Flávio de
Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre soluções e ambientes de microssimulação de tráfego urbano, com o foco principal em uma solução baseada em software livre Existem várias soluções e pacotes comerciais para microssimulação, porém estas soluções são fornecidas como caixas pretas, não permitindo a mudança ou adaptação dos modelos utilizados e, em algumas situações, nem os seus parâmetros Uma solução em software livre é apresentada para a microssimulação de tráafego, sendo que esta pode ser estendida ou adequada de maneira a contemplar as diferentes realidades existentes, seja através da liberdade de manipulação de seus parâmetros ou da customização dos modelos utilizados
Influencia dos ângulos em ferramentas de corte do tipo serra circular no consumo de energia elétrica
Florino, José Augusto Coeve; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; Gaino, Ruberlei; Valarelli, Ivan De Domenico
Resumo: Os esforços sofridos pelos motores elétricos quando submetidos a operações de corte, desbaste ou acabamento estão relacionados diretamente com o material que está sendo usinado e o ângulo de ataque da ferramenta A escolha da ferramenta correta para tal operação depende de um resultado esperado Assim os motores comportam-se de forma diferente a cada operação A otimização entre força, velocidade, potência, material e tipo de operação, podem ser encontrados para a redução de custos operacionais de produção, além da determinação do exato momento para efetuar o set-up da ferramenta desgastada A redução dos custos operacionais _e um dos itens de sustentabilidade que traça o posicionamento estratégico nas empresas para as tornarem competitivas no mercado globalizado Com o grande desenvolvimento tecnológico presente hoje em dia, este assunto volta a ser apresentado com o que ha de mais moderno no mercado de produtos para profissionais que desenvolvem atividades de manutenção De maneira prática, os problemas de custo operacional mínimo e maior produtividade serão abordado com equipamentos presentes na manutenção moderna como analisador de qualidade de energia, termovisor, projetor de perfil e microscópio para as pesquisas O resultado do trabalho é a otimização entre a operação de corte e o consumo de energia elétrica com o monitoramento da corrente elétrica consumida pelo motor e comparando com os gastos de ação da ferramenta mostrando assim um ponto ótimo de operação em um estudo de caso apresentado no decorrer do trabalho O ponto ótimo de operação serão antes que o gasto com a energia elétrica consumida ultrapasse o valor da ação Servirá também para programar manutenções preventivas com a parada da máquina para o set-up da ferramenta
Estudo e desenvolvimento de um sistema de detecção e contagem de gado em imagens aéreas utilizando redes neurais
Manfrim, Angelica Cristina; França, Maria Bernadete de Morais [Orientador]; Melo, Leonimer Flávio de; Morais, Flávio José de Oliveira
Resumo: O monitoramento da quantidade de gado presente em um rebanho é de suma importância para a agropecuária, sendo atualmente realizado de forma invasiva e estressante para os animais, com técnicas como a de brinco RFID Pesquisas vem sendo realizadas utilizando a aplicação redes neurais e a aprendizagem profunda na solução deste problema A partir de imagens aéreas de drone e um sistema de detecção de objetos, é possível realizar a contagem à distância, sem necessitar movê-los do local aberto em que estão Para isso é necessário um dataset com imagens dos animais para que a rede neural consiga aprender, identificar e analisar Com a utilização de um dataset disponível, foi possível projetar o sistema para mapear e quantificar Neste trabalho foram utilizadas as redes Resnet-5 , Resnet-11, SSD-Inception-V2 e YOLOv4, e as métricas de PASCAL VOC, chegou-se aos resultados de precisão da detecção O framework de contagem funcionou como esperado, nota-se a necessidade de repetir os experimentos e a aplicação de novas redes neurais O framework está disponível para utilização em estudos
Inversor de tensão utilizando transformador de alta frequência com modulação PWM
Bolognini, Ana Paula; Treviso, Carlos Henrique Gonçalves [Orientador]; Matias, Lourenço; Germanovix, Walter
Resumo: A partir do estudo qualitativo e quantitativo dos conversores CC – CC, incluindo o conversor Forward convencional, do método de controle das chaves conhecido como modulação por largura de pulso ou PWM, a importância do tempo morto e do estudo dos conversores CC – CA, foi possível apresentar neste trabalho uma análise de uma nova topologia de inversor de tensão, também conhecido como conversor CC – CA, formado por quatro conversores Forward modificados ligados em paralelo Estes conversores apresentam como modificações para evitar a interferência entre os conversores no momento da desmagnetização de seus transformadores e para que pudessem ser ligados em paralelo o uso de um único filtro de saída para os quatro módulos de conversores e chaves bidirecionais nos secundários de seus transformadores O conversor Forward é conhecido por apresentar uma estrutura simples quando comparado com outros conversores É apresentada uma completa análise das etapas de operação, equações necessárias, bem como os procedimentos de projeto para a correta operação dessa topologia Através do projeto dos transformadores, pôde-se dimensionar o núcleo de ferrite, o número de espiras dos enrolamentos, determinar os condutores elétricos, as chaves semicondutoras, os diodos e o filtro de saída Com a divisão de potência de 15 W para cada conversor e potência resultante de 6 W para todo o conjunto e trabalhando em alta freqüência de chaveamento de 5 kHz, projetou-se um inversor de tensão em baixa freqüência (6 Hz), com núcleos magnéticos pequenos e com baixo nível de ruído, que oferece um rendimento como uma estrutura de um único estágio de conversão Resultados obtidos de simulação que correspondem ao funcionamento completo do circuito e do protótipo implementado são apresentados para validar a análise do sistema O presente trabalho foi aprovado e validado em congressos nacionais e revista científica e tecnológica da Universidade Estadual de Londrina
Estudo de alocação de recursos em redes ópticas WDM/OCDM baseada em inteligência de enxame de partículas
Santos, Alysson José dos; Durand, Fábio Renan [Orientador]; Zarpelão, Bruno Bogaz; Lourenço, Sidney Alves
Resumo: Neste trabalho é investigada a alocação de recursos em redes ópticas com tecnologia de multiplexação por divisão de comprimentos de onda/multiplexação por divisão de códigos ópticos (WDM/OCDM) baseada na otimização por enxame de partículas (PSO) O algoritmo PSO é empregado para otimizar a intensidade da potência transmitida com intuito de obter a relação sinal-ruído (SNIR) adequada, de acordo com os requisitos de qualidade de serviço (QoS) No modelo de cálculo da SNIR foram considerados códigos ópticos bidimensionais (2-D) com espalhamento temporal e espectral Neste modelo também foram considerados os efeitos das restrições da camada física, tais como os efeitos da dispersão de polarização modal (PMD), dispersão de velocidade de grupo (GVD), ruído de emissão espontânea (ASE), além da influência da variação da temperatura ambiente nas fibra ópticas Os principais resultados obtidos consistem na determinação dos parâmetros otimizados para o algoritmo PSO, bem como a obtenção dos valores adequados de potência transmitida conforme as restrições de QoS Neste sentido, os resultados também ilustram os valores de potência transmitida com intuito de obter elevada eficiência energética Finalmente, os resultados mostraram que o algoritmo PSO é eficiente para alocação de potência transmitida com intuito de mitigar os efeitos da variação de temperatura em redes ópticas
Sistema para detecção da flexão de dedos da mão utilizando reflexão difusa no infravermelho próximo
Grein, Creyton Ricardo Batista; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; Fonseca Sobrinho, André Sanches; França, José Alexandre de; França, Maria Bernadete de Morais
Resumo: Diversos fatores podem levar uma pessoa a perder o pleno uso de suas mãos Além dos traumas físicos e o envelhecimento natural do aparelho musculoesquelético, os acidentes cerebrovasculares (AVCs) figuram entre as principais causas de incapacidade das mãos O treinamento de reabilitação é de fundamental importância para o processo de recuperação e sistemas robóticos podem ser um auxílio para restaurar mais rapidamente as funções dos membros Este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema para detecção da flexão dos dedos de uma mão utilizando reflexão difusa no infravermelho próximo, a partir do antebraço O sistema consiste em um par composto por emissor óptico e sensor (LED infravermelho e fototransistor), uma interface de software para processamento de sinais e um ambiente virtual com uma mão em 3D usada como plataforma de teste O objetivo principal do sistema é possibilitar o espelhamento de movimentos dos dedos para utilização em sistemas de reabilitação Foi construída de uma versão inicial simplificada, com sensor único, para teste de viabilidade do projeto Como plataforma de testes, foi desenvolvido um ambiente virtual em 3D para receber o sinal do sensor e simular a flexão dos dedos quase em tempo real Iniciou-se a implementação de uma versão melhorada, com dois sensores, permitindo a aquisição simultânea de sinais de emissores com comprimentos de onda diferenciados No estágio atual de desenvolvimento, não foi possível comprovar de maneira adequada que a variação do sinal está relacionada somente à alterações de concentração de cromóforos no tecido ou se há contribuição da movimentação dos tecidos Resultados obtidos em testes com a versão preliminar do sistema demonstram que o sensor pode ser uma alternativa promissora para o controle de dispositivos de reabilitação e próteses robóticas
Uma plataforma de hardware e software para desenvolvimento de redes de sensores sem fios aplicada à agrometeorologia
Guedes, Alex Lemes; França, José Alexandre de [Orientador]; Pavan, Willingthon; Melo, Leonimer Flávio de; Lopes, Joelmir José
Resumo: Para que uma patologia vegetal consiga instalar-se em uma lavoura são necessários os seguintes fatores: a plantação ser susceptível à doença, haver a presença de fitopatógenos e também ocorrer condições meteorológicas favoráveis à instalação da doença, de modo que, sem uma dessas variáveis, não há necessidade de realizar controle químico Qualquer aplicação de defensivos agrícolas realizada na ausência de um desses fatores contribui apenas para a produção de alimentos menos saudáveis e para o aumento dos custos Sabe-se que até mesmo microrganismos de alta severidade são eliminados naturalmente em condições agrometeorológicas desfavoráveis ao seu desenvolvimento, assim, ainda que haja a presença desses fitopatógenos, o agricultor poderia monitorar as condições agrometeorológicas antes de optar pelo controle químico Em alguns casos, este monitoramento pode, com segurança, reduzir significativamente a quantidade de fungicida utilizado O presente trabalho apresenta uma plataforma de hardware e software que pode ser utilizado para implementar um sistema de aquisição de dados distribuído, o que viabilizará a construção de sistemas de apoio à decisão para controle de doenças em plantas Tal sistema é composto por várias estações de aquisição interligadas em malha através de uma rede ZigBee Essas estações foram otimizadas para apresentar características como baixo custo, baixo consumo de energia e alta capacidade de adaptação, podendo ser uma ferramenta útil em diversos projetos Os dados adquiridos por cada estação são transferidos periodicamente para um computador central, onde poderão, por exemplo, ser aplicados a modelos matemáticos que forneceriam um alerta relacionando o momento e local onde deveria ser aplicado defensivos agrícolas Para validar o projeto foram construídas 4 estações e 1 coordenador, a partir da qual foram realizados estudos para verificar o consumo de energia, o custo e o funcionamento geral das estações Além da versatilidade das estações, foi verificado autonomia mínima de 88 dias (alimentação com 2 pilhas alcalinas, formação de rede a cada 5 minutos, 1 medida por minuto) e baixo custo de montagem
Cognitive radio : spectrum sensing and optimal resource allocation
Claudino, Lucas dos Santos Araujo; Abrão, Taufik [Orientador]; Durand, Fábio Renan; Brante, Glauber Gomes de Oliveira
Resumo: Redes de Rádio Cognitivo constituem uma tecnologia recente que busca fazer o uso otimizado do espectro de frequências, que jáestá super-utilizado Essa tecnologia oferece meios para portadores de licensa compartilhar sua banda de frequências com outros usuários para possibilitar o uso eficiente e também recerber certos benefícios em troca, como descontos ou aumento do tempo de validade da licensa Dado que essa tecnologia é relativamente recente, os seus estudos estão ainda incompletos e precisam de uma pesquisa mais aprofundada A fim de contribuir com a literatura, este trabalho trás importantes contrubuições para diferentes áreas do Rádio Cognitivo Primeiramente, várias técnicas de sensoriamento espectral como Filtro Casado, Sensor de Energia, Sensor de Razão de Hadamard ou Sensor de Valor Absoluto de Covariância são analisados Todos esses detectores são estudados e comparados de modo a oferecer ao leitor uma ampla visão sobre todas suas características, fraquezas e pontos fortes Após esse estudo, o sensor mais promissor é escolhido para ser aplicado em um cenário realístico de transmissão sem fio Escolheu-se o sensor de Razão de Hadamard, dado sua capacidade de prover altas taxas de detecção, baixa detecção errada ou alarme falso com um número necessário de amostras relativamente baixo A segunda parte desta Dissertação é baseada em técnicas de otimização não linear que buscam maximizar a soma das capacidades de uma rede de rádio cognitivo Uma MISO-CRN (Multiple-Input Multiple-Output Cognitive Radio Network) foi escolhida como arquitetura de aplicação e sua otimização foi divida em duas partes: cancelamento de interferência e alocação de potência Essa técnica é conhecida como Zero Forcing-Water Filing, e alcança a capacidade máxima de transmissão sob certas configurações de sistema e canal Além disso, esta pesquisa desenvolveu também uma aproximação prática para encontrar o número ótimo de usuários secundários ativos que proporcione a máxima capacidade da rede Essa é uma ferramenta muito útil, uma vez que pode prover uma maneira simples de escolha do número permitido de usuários secundários para um certo cenário Finalmente, técnicas de estimativa de canal aplicadas a redes de rádio cognitivo são estudadas A transmissão completa em banda-base equivalente é descrita, a qual inclui a transmissão de sequência piloto, a estimativa da matriz de canal e uso dessa estimativa para gerar a matriz ótima de precodificação Além disso, analisou-se o efeito da estimativa imperfeita do canal no sistema de transmissão com precodificação, na tentativa de se encontrar técnicas para superar esses problemas e melhorar o desempenho do sistema de comunicação com múltiplas antenas
Confiabilidade de canal e decondificação eficiente em sistemas DS/ CDMA com codificação turbo e convolucional
Okano, Wagner; Abrão, Taufik [Orientador]; Jeszensky, Paul Jean Etienne; Durand, Fábio Renan; Pizolato Junior, José Carlos
Resumo: Este trabalho analisa dois aspectos associados aos sistemas DS/CDMA (direct sequence - code division multiple access) com codificação turbo (Turbo-DS/CDMA): a determinação do fator de confiabilidade de canal, sob diversas condições de operação do sistema, e a obtenção de estruturas de detecção com reduzida complexidade de implementação e desempenho otimizado São analisadas estratégias de codificação turbo e convolucional aplicadas ao problema da detecção uniusuário (SuD – single-user detection) e multiusuário (MuD – multiuser detection) em sistemas de múltiplo acesso DS/CDMA considerando canais de multipercurso com desvanecimento lento e seletivo em freqüência Propõe-se uma nova abordagem para a determinação da confiabilidade do canal DS/CDMA, obtida a partir dos resultados de desempenho de simulação Monte Carlo (MCS) Para a região de alta relação sinal-ruído (SNR – signal-noise ratio), comparações com resultados da literatura indicaram superioridade de desempenho utilizando a metodologia proposta, enquanto se manteve a similaridade de desempenho em relação aos resultados relatados na literatura para as regiões de baixa e média SNRs Sugere-se ainda a utilização de técnicas heurísticas na obtenção de estruturas de detecção com codificação convolucional de reduzida complexidade em relação ao detector convolucional DS/CDMA convencional Além disso, propõe-se uma ampla análise do compromisso complexidade/requisito de memória versus desempenho em receptores Turbo-DS/CDMA, considerando decodificadores turbo (no contexto do padrão CDMA2) e de Viterbi (no contexto do padrão IS-95) convencionais, além dos heurísticos, na tentativa de corroborar a eficiência da abordagem proposta
Proposta e analise de uma arquitetura de rede óptica multi- granular com tecnologia WDM/OCDM
Nonato, Tales Vitor; Durand, Fábio Renan [Orientador]; Dias Neto, Fernando Ciriaco; Lourenço, Sidney Alves
Resumo: Este trabalho propõe uma arquitetura multi-granular de comutação baseada na tecnologia híbrida Wavelength Division Multiplexing/Optical Code Division Multiplexing (WDM/OCDM) Nesta arquitetura, o tráfego de pacotes de longa duração é comutado por chaves lentas do tipo Micro Eletro-Mechanical System (MEMS) Micro Eletro-Mechanical System e os de curta duração serão comutados por comutadores OCDM O principal intuito é o aumento da utilização da rede com diminuição dos custos e do consumo de energia Os principais resultados do modelo de custo utilizado, ilustram que o chaveador óptico proposto apresenta o mesmo desempenho que arquiteturas multi-granulares oriundas da tecnologia WDM, porém com uma economia média de 35% Além da redução de custos de implementação, é feita a otimização do consumo de potência em redes ópticas utilizando o MG-OXC proposto O algoritmo de otimização por enxame de partículas PSO (Particle Swarm Optimization) é utilizado a fim de resolver a relação sinal-ruído mais interferência (SNIR) para regular a potência transmitida, a fim de minimizar o consumo de energia Os principais resultados mostraram que com 1% do fator de convergência do PSO, a rede é capaz de operar dentro de uma economia de aproximadamente 1% da energia consumida em comparação com a operação da rede sem a política de otimização de potência
Efficient detection : from conventional Mimo to massive Mimo communication systems
Negrão, João Lucas; Abrão, Taufik [Orientador]; Scalassara, Paulo Rogério; Durand, Fábio Renan
Resumo: Ao longo deste trabalho, problemas relacionados aos sistemas de comunicação equipados com múltiplas antenas no transmissor e receptor (MIMO - Multiple- Input Multiple-Output) são analisados sob o ponto de vista de detecção clássica, da otimização não-linear, bem como da pré-codificação linear, desde MIMO convencional (algumas antenas no Tx e Rx) até sistemas MIMO de larga-escala (massivo) Inicialmente, a eficiência de detecção de vários detectores MIMO foi analisada sob a prerrogativa de canais altamente correlacionados, situação em que sistemas MIMO apresentam elevada perda de desempenho, além de, em alguns casos, uma crescente complexidade Diante deste cenário, foi estudado especificamente o comportamento em termos do compromisso complexidade x taxa de erro de bits (BER - Bit Error Rate), para diferentes técnicas de detecção, como o cancelamento de interferências sucessivo (SIC), redução treliça (LR), bem como a combinação de cada uma destas às técnicas lineares de detecção Nessa análise, também foram considerados diferentes estruturas de antenas uniformes com arranjos geométricos lineares (ULA - uniform linear array) e de arranjo planar (UPA - uniform planar array) em ambos transmissor e receptor Além disso, também foram considerados diferentes número de antenas e ordem de modulação Em seguida, o problema de detecção MIMO foi estudado sob uma perspectiva de otimização não-linear, visando especificamente alcançar o desempenho ótimo Foi analisada a solução de detecção com relaxação semi-definida (SDR - semi- definite relaxation) O detector SDR-MIMO é uma abordagem eficiente capaz de atingir o desempenho muito próximo ao ótimo, especialmente para baixas e médias ordens de modulação Concentramos nossos esforços no desenvolvimento de uma aproximação computacionalmente eficiente para o algoritmo de detecção de máxima verossimilhança (ML - Maximum Likelihood) MIMO baseado na programação semi-definida (SDP - Semidefinite Programming) para as constelações M-QAM Finalmente, estuda-se um problema de alocação de potência com o objetivo de maximizar a capacidade de um canal de broadcasting MIMO massivo em uma única célula equipada com pré-codificação forçagem à zero (ZFBF - zero-forcing beamforming) e inversão de canal regularizado (RCI - regularized channel inversion) na estação rádio base (BS) Nosso objetivo é investigar esse problema considerando um sistema massivo no limite, ou seja, quando o número de usuários, K, e antenas na BS, M, tendem ao infinito porém com uma razão constante, ß = K M Primeiramente deriva-se a relação sinal-interferência mais ruído (SINR) para ambos os pré-codificadores escolhidos Em seguida, investiga-se um esquemas de alocação de potência ótimo que maximiza a soma das capacidades por antena sob uma restrição de potência máxima disponível, conclui-se que o problema é convexo e que a alocação de potência ótima segue a estratégia de watter-filling (WF) Também estudou-se o problema relacionado à alocação de potência em um grupo finito de usuários separados em grupos e determinou-se o impacto desse esquema na capacidade total do sistema
Desenvolvimento de sistemas com motores trifásicos de indução de alto rendimento, IFOC e comando por joystick para cadeira de rodas
Nunes, Willian Ricardo Bispo Murbak; Silva, Newton da [Orientador]; Treviso, Carlos Henrique Gonçalves; Pereira, Adriano Alves; Gaino, Ruberlei [Coorientador]
Resumo: Pessoas portadoras de deficiência de locomoção permanente ou temporária correspondem a uma quantia significativa da população Tal contingente populacional ausenta-se de conforto e independência de locomoção em virtude de suas limitações físicas Equipamentos como cadeiras de rodas motorizadas minimizam tais efeitos e possibilitam a acessibilidade de portadoras de deficiência na sociedade Cadeiras de rodas motorizadas utilizam-se basicamente de motores CC, em virtude de sua simplicidade de controle No entanto, avanços significativos na eletrônica de potência permitem o acionamento de alto desempenho e de baixo custo de motores de indução, os quais são mais robustos, de menor manutenção, além de consumirem menos energia na aceleração e frenagem quando comparados a motores CC Este trabalho aplica o estudo matemático de estratégias de controle com a técnica de acionamento vetorial para motores de indução aplicável à cadeira de rodas motorizadas Para isso, implementa-se o modelo cinemático direto e inverso da cadeira de rodas com a técnica de controle por campo orientado indireto (IFOC) para motores de indução trifásicos de alto rendimento, utilizando o MATLAB/Simulink e o processador TMS32F28335 para o controle do inversor trifásico do sistema

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