02 - Mestrado - Engenharia Elétrica

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Algoritmos para auxílio no diagnóstico de doenças pulmonares utilizando inteligência artificial
Chichanoski, Gustavo; França, Maria Bernadete de Morais [Orientador]; Melo, Leonimer Flávio de; Morais, Flávio José de Oliveira
Resumo: O mundo vem sofrendo com o corona vírus desde 219, quando o primeiro caso foi re latado, desde então foi disseminado por todo o mundo, causando perdas econômicas e humanas O presente trabalho visa desenvolver um software para o diagnósticos visual de doenças pulmonares utilizando imagens de raio-x como base para o treinamento de redes neurais, visando ser mais esclarecedor da gravidade da doença Utilizando datasets fornecidos gratuitamente pelos governos Americano e Chinês, foi realizado a segmentação do pulmão da imagem de raio-x, realizando o treinamento com recortes das imagens para o treinamento local Após essa etapa, a rede realiza diversos recortes na imagem passando todas eles pela rede, gerando o vetor de probabilidade da imagem original Esse processo foi repetido para cada rede Assim a análise do entendimento da rede foi feita através do Grad-CAM gerado pelos modelos de redes pré treinadas através da transferência de aprendizado ResNet5V2, DenseNet121, InceptionResnetV2 e VGG-19, obtendo desem penho nos parâmetros de precisão e especificidade melhores que a literatura de referência
Alocação de recursos em redes de comunicação de múltiplo acesso
Marques, Mateus de Paula; Abrão, Taufik [Orientador]; Dias Neto, Fernando Ciriaco; Natti, Paulo Laerte
Resumo: Neste trabalho, diferentes aspectos de alocação de recursos são tratados, tais como alocação de potência e taxa de informação, tendo em vista a otimização de operação dos sistemas de comunicação sem fio de múltiplo acesso DS/CDMA A alocação de potência e de taxa de informação em sistemas DS/CDMA multi-taxa via múltiplos ganhos de processamento é abordada por meio de meta-heurísticas bio-inspiradas As metodologias de otimização por colônia de formigas em domínios contínuos (ACOR) e por enxame de partículas (PSO) foram aplicadas na resolução de três sub-problemas em redes de múltiplo acesso sem fio; tais sub-problemas são precisamente definidos pelo controle de potência da rede, a maximização ponderada do fluxo de informação e a maximização da eficiência energética da rede A qualidade dos resultados obtidos foi analisada através da métrica erro quadrático médio normalizado (NMSE) Neste contexto, verificouse que as meta-heurísticas empregadas foram capazes de garantir convergência na maior parte dos casos para soluções muito próximas do ótimo global (NMSE = 1-3) quando seus parâmetros de entrada são devidamente calibrados No que tange à complexidade computacional obtida com as meta-heurísticas, o ACOR atingiu em média 14, 3% da complexidade computacional requerida pelos algoritmos determinísticos utilizados, sendo 22% e 8, 91% no pior e no melhor caso, respectivamente Já o PSO atingiu em média 3, 79%, sendo 71, 71% e 1, 2% no pior e no melhor caso, respectivamente Assim, concluiu-se que as metaheurísticas aqui abordadas, bem como os algoritmos propostos para a resolução de problemas de alocação de recursos em redes de comunicação de múltiplo acesso que utilizam procedimentos de otimização heurísticos, demonstram efetividade no projeto de redes sem fio com eficiência energética e espectral
Alocação e dimensionamento ótimo de geração distribuída para sistemas de distribuição de energia elétrica considerando diferentes níveis de carga
Yamashita, Karina; Gallego Pareja, Luis Alfonso [Orientador]; Silva, Sérgio Augusto Oliveira da; Pereira, Rodrigo A. Fernandes
Resumo: Neste trabalho é apresentada uma metodologia, baseada na meta-heurística do algoritmo genético especializado, para solucionar o problema de alocação e dimensionamento da geração distribuída (GD) em redes de distribuição radiais O problema é formulado como um problema de programação não linear inteiro misto, visto que apresenta variáveis inteiras, que indicam a posição a ser alocada a GD, e as contínuas associadas às restrições elétricas (tensões, correntes, fluxos de potência e perdas de potência ativa e reativa) Foram realizados testes, objetivando a melhoria do tempo de processamento e a avaliação da complexidade computacional verificando o número de fluxos de potência calculados A função objetivo visa minimizar os custos de instalação e manutenção da GD e os custos de operação da rede (perdas de potência); sendo penalizada se não respeitar os limites de tensão de barra e corrente de linha Para o cálculo do ponto de operação do sistema utilizou-se o algoritmo Backward-Forward Sweep A metodologia adotada considera a instalação de GD com potência fixa para diferentes níveis de carga e também pode definir o despacho da GD para cada um dos níveis de carga Os resultados obtidos com o algoritmo implementado indicam a redução das perdas elétricas e melhoraram o perfil de tensão do sistema A metodologia proposta foi implementada em linguagem C++ e testada em quatro sistemas presentes na literatura: o de 7, 136, 4 e 18 barras A partir dos resultados foi verificado que a metodologia apresentou um bom desempenho
Amplificador de áudio tipo classe D, resposta em frequência 20Hz a 20KHz, alta fidelidade e modulação multiplexada
Canônico, Rodolfo Barreto; Treviso, Carlos Henrique Gonçalves [Orientador]
Resumo: Com o avanço da utilização de dispositivos de mídia portáteis, que utilizam baterias, faz-se necessário o projeto de amplificadores de áudio com rendimento superior aos tradicionalmente utilizados, como amplificadores classe AB Nesse ´interim, ganham espaço no mercado os amplificadores classe D, por possuírem um elevado rendimento - superior a 9% - e alcançar uma alta fidelidade sonora Contudo, esta classe de amplificadores utiliza transistores operando com chaveamento, implicando em uma série de dificuldades para alcançar um alto desempenho Portanto, o trabalho apresenta algumas alternativas para a montagem de um amplificador classe D de alta eficiência, tais como uma nova abordagem do circuito de driver, utilizando a técnica da multiplexação, e a consequente montagem de um inversor senoidal bipolar PWM utilizando esta técnica Também apresenta uma revisão sobre a modulação¸ ˜ao PWM e sua aplicação em amplificadores de áudio, bem como a forma de realizar a filtragem deste sinal, de modo a conseguir uma alta fidelidade sonora Também ´e proposto um circuito de controle altamente versátil, que seja capaz de controlar um inversor em múltiplas aplicações, de amplificadores de áudio `a no breaks, além de disponibilizar um controle para conversores S˜ao apresentados os protótipos elaborados bem como os resultados obtidos com os mesmos, em variadas condições ´E feita a avaliação da THD e do rendimento dos amplificadores, constatando seu alto desempenho e fidelidade para aplicações de áudio
Análise da estabilidade dinâmica de sistemas elétricos de potência multimáquinas com dispositivos FACTS TCSC e controladores robustos
Miotto, Ednei Luiz; Covacic, Márcio Roberto [Orientador]; Gaino, Ruberlei; Araújo, Percival Bueno de
Resumo: Este trabalho apresenta estudos referentes à estabilidade dinâmicade um sistema elétrico de potência multimáquinas Com o objetivo de forneceramortecimento as oscilações eletromecânicas de baixa frequência é utilizadoinicialmente o dispositivo FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System)TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) através de um modelo decompensação fixa e na sequência com um controlador de primeira ordem Novosresultados são obtidos pela introdução de um controlador ESP (Estabilizadores deSistemas de Potência) ao sistema em estudo Este tem seus parâmetros projetadoscom base na teoria de controle clássico através do método de compensação de fasee nos fatores de participação para determinação da melhor alocação do mesmo nosistema Por último este trabalho utiliza uma metodologia previamente desenvolvida,para o projeto simultâneo e coordenado de controladores ESP e POD (PowerOscillation Damping) Esta metodologia é fundamentada na teoria de controlerobusto e estruturada na forma de LMIs (Linear Matrix Inequalities) A modelagempolitópica é utilizada para tratar a robustez dos controladores frente às variações noponto de operação do sistema Um fator de amortecimento mínimo aos modososcilatórios do sistema em malha fechada é utilizado como índice de desempenhoTais controladores possuem uma estrutura de realimentação dinâmica de saída eutilizam sinais medidos localmente como entrada controle As simulações e asanálises realizadas em um sistema teste mostram os resultados das diferentesações de controle abordadas neste trabalho
Análise, modelagem e implementação de um sistema de comunicação via rede elétrica para domótica
Mathias, Luis Carlos; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; Abrão, Taufik; Angélico, Bruno Augusto; Dias Neto, Fernando Ciriaco; Abrão, Taufik [Coorientador]
Resumo: Os sistemas domoticos ainda sao pouco explorados no Brasil Impedimentos para a sua popularizacao devem-se ao alto custo da tecnologia e o nao estabelecimento de um padrao nacional Neste contexto, a tecnologia de comunicacao por meio de cabos da propria instalacao eletrica (PLC – Power Line Communication) pode contribuir para uma solucao mais eficiente e economica, por nao exigir antenas ou cabeamento adicional, bem como ter disponivel para uso uma elevada largura de banda de frequencias Entretanto, ainda nao e encontrado na literatura a caracterizacao do canal com parametros de modelo tipicos brasileiros Deste modo, por meio de medicoes no canal PLC sob circunstancias gerais das instalacoes eletricas residenciais brasileiras, o presente trabalho sugere uma metodologia de extracao de parametros e os aplica em tres modelos de resposta do canal PLC discutidos na revisao de literatura Como resultado, o modelo por Matriz de Transferencia ABCD e o que se apresentou mais eficiente e flexivel a incorporacao de alteracoes no percurso Ja a medicao, caracterizacao e simulacao dos diferentes tipos de ruido deste canal corroboram a possibilidade de implementacao de um emulador regido por parametros deterministicos e estocasticos por meio de cadeias de Markov Por fim, e demonstrado que tanto por simulacao como por implementacao em circuito, a demodulacao FSK nao coerente atendendo as especificidades da camada fisica do protocolo KNX PL-132, que diferentemente de outros sistemas domoticos tambem analisados, utiliza-se de apenas um chip microcontrolador de 8 bits e demais componentes discretos Os resultados das simulacoes demonstraram admissivel degradacao de desempenho do sistema implementado quando comparado a um detector otimo
Antenna selection schemes for energy efficiency increasing of XL-MIMO systems under non-stationary channels
Ubiali, Gabriel Avanzi; Abrão, Taufik [Orientador]; Marinello Filho, José Carlos; Costa, Marcello Gonçalves
Resumo: Aumentar o número de antenas na estação rádio base de um sistema MIMO Massivo garante uma melhoria nas taxas de dados e na eficiência energética Entretanto, ao empregar centenas ou milhares de antenas, o peso do array de antenas pode se tornar uma dificuldade, bem como manter a separação entre antenas em no mínimo meio comprimento de onda, o que é oportuno para aproveitar inteiramente a disponibilidade de um grande número de antenas Consequentemente, o array de antenas torna-se muito mais comprido A principal consequência disto é que a maior parte da energia contida no sinal enviado por um determinado usuário atinge apenas uma pequena porção do array, o que é conhecido como não-estacionariedade espacial Portanto, selecionar as antenas que irão atuar na detecção do sinal transmitido por cada usuário, ao invés de usar todas as antenas, é uma ´ótima estratégia tendo em vista reduzir a complexidade computacional e o consumo de potência, sem comprometer a taxa de dados Nesse contexto, existem duas possíveis situações: o subconjunto de antenas selecionadas para cada usuário pode ser qualquer combinação entre as antenas disponíveis no array, ou então o array é previamente dividido em múltiplos subarrays, que seriam entidades de hardware independentes, e um ou mais subarrays são atribuídos a cada usuário Este trabalho propõe três esquemas de seleção de antenas (AS) e de dois esquemas de seleção de subarrays (SS) Os resultados numéricos demonstraram que os esquemas de seleção foram capazes de reduzir o número de antenas ativas em um cenário de baixa ou média densidade de usuários, e consequentemente reduzir consideravelmente o consumo de potência Ao definir uma pequena quantidade de antenas para realizar o receive combining para cada usuário, a complexidade também é reduzida nesse cenário Os algoritmos propostos selecionam os subconjuntos de antenas criteriosamente, dando preferência aqueles(as) cujo canal até o usuário está mais forte, também considerando a interferência potencial devido aos demais usuários Portanto, a taxa de dados apresenta apenas uma pequena redução, mesmo que o combinador zero-forcing (ZF) seja mais eficiente em combater a interferência quando o número de antenas é alto Enfim, como o consumo de potência diminui muito mais que a taxa de dados, a eficiência energética (EE) melhora colossalmente Um dos algoritmos propostos, chamado fair-AS, mantém o número de antenas ativas limitado arbitrariamente Este algoritmo mostrou-se mais eficiente que os demais em maximizar a eficiência energética, por garantir maior redução de potência que os demais, sem, no entanto, comprometer consideravelmente a taxa de dados do sistema O esquema fair-AS mostrou-se capaz de aumentar consideravelmente a EE, mesmo em cenários de moderada densidade de usuários
Aplicação da ferramenta TRANSYT na otimização e implantação de corredores exclusivos para ônibus na cidade de Londrina
Godoy, Wagner Fontes; Cervantes, Silvia Galvão de Souza [Orientador]; Abrão, Taufik; Silva, Paulo Cesar Marques da
Resumo: Este trabalho apresenta uma aplicacão da ferramenta TRANSYT/1, na avaliacão do desempenho operacional do controle semafórico em três dos principais corredores arteriais da malha viária central da cidade de Londrina A motivacão deste estudo é a recorrência de congestionamento em alguns corredores desta malha viária Também o período de transicão na criacão de corredores exclusivos para ônibus Esta alteracão implica no aumento da capacidade das vias, com a retirada das faixas de estacionamento O software TRANSYT/1 é uma ferramenta amplamente utilizada em diversos países no gerenciamento de tráfego urbano No contexto de planejamento e gerenciamento desta malha, o controle otimizado dos semáforos, ainda inexistente, possibilita a minimização do atraso e número de paradas A avaliação de diferentes cenários, com e sem faixas exclusivas, diferentes tamanhos de ciclo e otimização do tempo de verde e defasagem confirmam que é possível melhorar as condições de tráfego para ambos os usuários de transporte coletivo e automóveis
Aplicação de redes neurais artificiais na análise do encapsulamento de bobinas de transformadores
Santos, Elton Jeser Diniz dos; Covacic, Márcio Roberto [Orientador]; Cervantes, Silvia Galvão de Souza; Geromel, Luiz Henrique
Resumo: As bobinas de média tensão dos transformadores secos são encapsuladas com resina epóxi Apesar do rigoroso processo de qualidade no encapsulamento sob vácuo, existem pequenas bolhas ou vazios que permanecem internamente ao encapsulamento das bobinas Estas bolhas ou vazios, são fontes geradoras de descargas parciais que são medidas através do ensaio de tensão induzida nos transformadores No entanto, este ensaio é realizado somente após a montagem final do transformador, de forma que, caso haja alguma reprovação neste, por descargas parciais elevadas, será necessário a desmontagem do transformador, a fabricação de novas bobinas, uma nova montagem e a repetição de todos os ensaios de rotina Esta reprovação e retrabalhos oneram os custos de produção e impactam diretamente no prazo de entrega do transformador Para minimização deste problema, esta pesquisa propõe uma metodologia de ensaio de descargas parciais por tensão aplicada em bobinas de média tensão, que seja realizada antes da montagem no transformador A metodologia possibilita analisar se o encapsulamento está ou não adequado, bem como estimar os valores das medições de descargas parciais por tensão induzida no transformador montado As Redes Neurais Artificiais são utilizadas para relacionar as medições por tensão aplicada realizadas nas bobinas e as medições de descargas parciais por tensão induzida realizadas nos transformadores montados A escolha das Redes Neurais Artificiais é em função da capacidade que as mesmas possuem de assimilar conhecimento a partir de sua própria experiência e generalizar soluções Os resultados obtidos com os ensaios de tensão aplicada apresentam erros relativos médios menores que ,5%, quando comparados com os resultados dos ensaios de tensão induzida, comprovando sua validação como alternativa para avaliação da qualidade do encapsulamento das bobinas de média tensão dos transformadores secos
Uma aplicação de redes neurais artificiais para estimação da elevação de temperatura de transformadores monofásicos de distribuição imersos em líquido isolante
Tardivo, Márcio Aparecido; Covacic, Márcio Roberto [Orientador]; Melo, Leonimer Flávio de; Mendonça, Márcio
Resumo: Transformadores devem ser projetados e construídos de maneira a resistir aos limites de elevação de temperatura estabelecidos pela sua classe térmica Esta característica é verificada por meio do ensaio de elevação de temperatura Quando realizado em transformadores de distribuição imersos em líquido isolante, o ensaio de elevação de temperatura demanda um tempo de até doze horas para ser concluído Consequentemente, isso dificulta a sua realização e onera o custo do equipamento Para a solução deste problema, este trabalho propõe a aplicação de redes neurais artificiais como ferramenta para estimação da elevação de temperatura de transformadores monofásicos de distribuição imersos em líquido isolante a partir dos seus parâmetros geométricos e das suas perdas totais A expectativa é que a sua implementação constitua uma importante ferramenta, não só para a otimização do ensaio de elevação de temperatura, mas que também minimize substancialmente o tempo necessário para sua execução A escolha dessa ferramenta veio da capacidade que as redes neurais artificiais têm de assimilar conhecimento a partir de sua própria experiência e de generalizar soluções Os resultados obtidos apresentam erros menores que 1%, quando comparados com o sistema convencional, comprovando sua utilização como alternativa na avaliação térmica de transformadores
Aplicando resistores termossensíveis no desenvolvimento de sensores de umidade do solo baseados na técnica de transferência de calor
Dias, Vanessa de Fátima; França, Maria Bernadete de Morais [Orientador]; Morais, Flávio José de Oliveira; França, José Alexandre de; Melo, Leonimer Flávio de
Resumo: A medição da umidade do solo é um parâmetro muito importante na agricultura e seu monitoramento garante níveis ótimos de irrigação, reduzindo a incidência de patógenos nas culturas, desperdício de água e uso de pesticidas Para realizar a medição, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sensor de umidade baseado na transferência de calor Existem vários sensores de transferência de calor, como SPHP (Single Probe Heat Pulse) e DPHP (Dual Probe Heat Pulse), mas estes apresentam problemas, como a deflexão da haste na DPHP, que pode apresentar erro nas medições Para minimizar os problemas encontrados nesses casos, optou-se por usar, primeiramente, uma configuração de ponteira botão (BPHP) e uma ponteira dupla (DPHP) com hastes rígidas, para diferentes raios de 1 mm e 6 mm, entre o elemento sensor e o elemento aquecedor Outras três ponteiras executadas continham o distanciamento de 6 mm e 3 mm, com a mesma configuração em botão, todas as alternativas buscando maior precisão e robustez dos sensores Como resultado do desenvolvimento dos sensores, a sensibilidade das ponteiras de 6 mm ficaram entre 1,38 oC/m3m-3 e 1,1 oC/m3m-3, para a ponteira de 6 mm com o encapsulamento epóxi, a sensibilidade foi de ,745oC/m3m-3 Por fim, a BPHP de 3 mm mostrou uma sensibilidade promissora de 1,87 oC/m3m-3
Artificial intelligence techniques to enable massive connectivity and XL-MIMO in the future wireless communication networks
Souza, João Henrique Inacio de; Abrão, Taufik [Orientador]; Marinello Filho, José Carlos; Barbon Junior, Sylvio; Souza, Richard Demo
Resumo: As redes de comunicação sem-fio enfrentam um aumento exponencial da demanda dos usúarios, além de um rápido crescimento no número de dispositivos conectados, impulsionado principalmente pela revolução da Internet das coisas Visando atender à segunda necessidade, as redes sem-fio da quinta geração (5G) implementação o serviço masssive machine-type communications (mMTC), projetado para fornecer conectividade massiva para dispositivos que possuem atividade esporádica, são equipados com hardware simples, e são alimentados por baterias de baixa capacidade Por outro lado, as crescentes demandas por maior capacidade e taxa de dados serão assistidas por estações rádio-base equipadas com transceptores de múltiplas antenas Atender a estes cenários é uma tarefa desafiadora devido à escassez de recursos de rádio combinada com as dificuldades técnicas enumeradas a seguir Os esquemas de acesso à rede convencionais são extremamente ineficientes ao lidar com grandes números de tentativas de conexão Ao mesmo tempo, estações rádio-base equipadas com grandes números de antenas apresentam gargalos de implementação decorrentes da alta largura de banda de interconexão e da complexidade computacional Considerando os desafios mencionados, nesta Dissertação de Mestrado nós investigamos protocolos de acesso aleatório e o transceptor extra-large scale massive MIMO (XL-MIMO) para viabilizar, respectivamente, a conectividade massiva no serviço mMTC e a implementação de transceptores de múltiplas antenas Adicionalmente, examinamos técnicas de inteligência artificial para projetar protocolos de acesso aleatório livres de concessão e algoritmos de alocação de recursos Nossas contribuições são enumeradas a seguir Propomos protocolos de acesso livres de concessão baseados nas redes neurais convolucionais que atingem alta performance com baixa complexidade computational na detecção de dispositivos ativos Ao mesmo tempo, elaboramos uma análise compreensiva dos protocolos de acesso livres de concessão disponíveis na literatura Em se tratando do transceptor XL-MIMO, propomos procedimentos distribuídos e centralizados baseando-se nos algoritmos genéticos para, conjuntamente, selecionar as antenas ativas e alocar potência visando maximizar a eficiência espectral do sistema Os procedimentos propostos são adequados para implementações com número limitado de transceptores de rádio-frequência, atingindo largura de banda de interconexão e complexidade computacional reduzidas, quando comparados com os métodos de referência
Auto-alinhamento para sistemas de navegação inercial usando algoritmo REQUEST com estimador de bias e redes neurais artificiais
Campos, Rhelmuthe Elísio Dias; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; França, José Alexandre de; Goedtel, Alessandro
Resumo: O problema do alinhamento de Sistemas de navegação inercial (SNI) é encontrar uma matriz de atitude inicial Métodos tradicionalmente aplicados para realizar o auto-alinhamento utilizam a gravidade, a taxa de rotação da Terra e as medidas inerciais para isso No entanto, o ruído presente em sensores inerciais diminui a precisão e a rapidez deste processo Normalmente, as soluções convencionais implementam um processo de duas etapas, primeiro realizam um cálculo analítico da atitude, seguido da estimação da atitude usando filtros Para investigar uma alternativa a tais métodos, este trabalho propõem a solução grosseira através do uso do algoritmo REQUEST A fim de otimizar e buscar uma solução ainda mais rápida, também é aplicado o uso de uma Rede Neural Artificial (RNA e um estimador de bias para melhorar o algoritmo REQUEST Para avaliar os métodos propostos, o trabalho utiliza dados simulados e dados de um SNI comercial, e os resultados obtidos são comparados com uma solução tradicionalmente empregada na literatura, através do algoritmo TRIAD Os resultados obtidos mostram que o algoritmo REQUEST apresentou melhor estimativa do que a solução usando TRIAD Ademais, a inclusão da rede neural e do estimador de biais no sistema foi promissora, já que melhorou significativamente seu desempenho
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.
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
Calibração da plataforma de aquisição para análise de dados de aceleração II - PAANDA II
Souza, Luís Guilherme Gimenez de; Tosin, Marcelo Carvalho [Orientador]; Melo, Leonimer Flávio de; Carrijo, Domingos Sálvio
Resumo: Neste trabalho são apresentadas e documentadas as características dos instrumentos desenvolvidos pela Universidade Estadual de Londrina para a aquisição de dados de acelerômetros, denominados Plataforma de Aquisição para Análise de Dados de Aceleração - PAANDA e PAANDA-II O principal objetivo desses instrumentos é medir a aceleração residual presente em plataformas de microgravidade com resolução de 1-6 g, possibilitando validar os processos e resultados de experiências abordo com base no perfil de aceleração disponível O diferencial desses instrumentos é a utilização de conversores analógico-digital no processo de aquisição dos sinais dos acelerômetros, fazendo-se necessário o levantamento dos modelos térmicos dos componentes utilizados no circuito e posterior correção A metodologia descrita é capaz de reduzir o erro inserido pela variação térmica do fator de escala e offset dos conversores e dos demais componentes críticos O estudo do processo de calibração dos acelerômetros pendulares e das características inseridas na PAANDA-II, juntamente com a análise dos dados da Operação Cumã-II, conferem ao novo instrumento elevado potencial para utilização em navegação inercial
Calibração de um sistema de determinação de atitude com múltiplos sensores MARG (Magnetic, Angular Rate and Gravity)
Marinho, Diego de Freitas; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; Tosin, Marcelo Carvalho; Kuga, Hélio Koiti
Resumo: O principal instrumento utilizado neste trabalho foi a Experiência MEMS (e- MEMS), que consiste de quatro conjunto de sensores organizados em uma estrutura tetraédrica, onde cada conjunto é composto por um acelerômetro de três eixos, um magnetômetro de três eixos, um girômetro de um eixo e um sensor de temperatura (o conjunto de acelerômetros, magnetômetros e girômetros será denominado de sensores MARG) Devido a distribuição dos conjuntos de sensores em uma estrutura tetraédrica, podem ser definidos cinco sistemas de coordenadas, quatro deles nos conjuntos de sensores e um na base da e-MEMS Por causa dos erros inerentes aos sensores MEMS, as medidas dos sensores precisam ser corrigidas através de técnicas de calibração Os métodos de calibração utilizados foram: mínimos quadrados com entradas controladas (LMS EC) e o da mínima variância sem entradas controladas (MV SEC) Matrizes de transformação serão utilizadas para transformar as medidas dos sensores do sistema de coordenadas dos conjuntos de sensores para o sistema de coordenadas da base A atitude da e- MEMS foi determinada por meio de dois métodos: TRIAD e filtro de Kalman Os algoritmos de calibração dos sensores e os algoritmos de determinação e estimação de atitude foram desenvolvidos na ferramenta matemática MATLAB/Simulink Para realizar os ensaios de calibração e de atitude utilizou-se os seguintes sistemas: uma plataforma de rotação tridimensional; um sistema de determinação de atitude (AHRS) da empresa Advanced Navigation e a e-MEMS Os resultados adquiridos da e-MEMS obtiveram pequenos erros quando comparados com os dados do AHRS, assim os métodos de calibração dos sensores e os algoritmos de determinação de atitude foram validados
Channel modeling and combiner design for massive MIMO and extra large scale MIMO systems with impairment
Taniguchi, Lígia May; Abrão, Taufik [Orientador]; Marinello Filho, José Carlos; Scalassara, Paulo Rogério
Resumo: Com centenas de antenas, massive MIMO (M-MIMO) é o principal candidato para aumentar substancialmente a capacidade dos sistemas de comunicação sem fio Além de M-MIMO, outro regime operacional recentemente proposto na literatura é o chamado extra large MIMO (XL-MIMO), onde os elementos da antena são dispostos em uma estrutura de grande dimensão Ambos os sistemas, M-MIMO e XL-MIMO, apresentam desafios para implementação, pois as medidas de canal demonstram que o aumento do número de antenas resulta em algumas características não observadas com um pequeno número de antenas, eg, o hardening channel e favorable propagation Entre os desafios estão a escolha do esquema de combinação apropriado e a modelagem de canais, ambos abordados neste trabalho Em relação aos modelos de canal, neste trabalho, nós comparamos os modelos estocásticos baseados em correlação versus os modelos baseados em geometria, onde ambos são avaliados no contexto dos sistemas M-MIMO e XL-MIMO As análises mostram que os modelos baseados na geometria representam com mais precisão um ambiente de propagação do que um modelo baseado na correlação; no entanto, a implementação dos modelos baseados em geometria apresenta mais desafios, devido à complexidade computacional desse modelo ser muito maior do que os modelos baseados em correlação de canais Para as análises de esquemas de combinação, a precisão da modelagem de canais é fundamental, pois pode garantir que o ambiente emulado (canal e sistema) garanta que o desempenho estimado seja próximo ao real Assim, ao avaliar os esquemas de combinação, comparamos o desempenho de acordo com os modelos de canais baseados em correlação versus geométricos Devido ao grande número de antenas nos dois sistemas (M-MIMO e XL-MIMO), os esquemas de combinação devem apresentar complexidade computacional muito baixa Assim, são avaliados os esquemas maximum-ratio combining (MRC), zero-forcing (ZF) e o regularized ZF (RZF), sendo o último modelado pelo algoritmo iterativo randomized Kaczmarz (rKA) Como resultado, todos esses esquemas têm baixa complexidade computacional; no entanto, um quarto esquema de alta complexidade chamado MMSE multicelular (M-MMSE) também é avaliado devido à eficiência espectral ilimitada apresentada na literatura, ou seja, é capaz de eliminar a contaminação piloto Esses esquemas são analisados quanto à eficiência espectal e energética
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
Comunicação em banda larga MIMO via rede elétrica aérea de média e alta tensão com retorno da corrente através do solo
Arns, Heitor Henrique Freire; Abrão, Taufik [Orientador]; Casella, Ivan Roberto Santana; Durand, Fábio Renan; Silva, Newton da
Resumo: Neste trabalho, estuda-se o uso da infraestrutura de redes elétricas aéreas de média (entre 1 kV e 36,2 kV) e alta tensão (acima de 36,2 kV) para comunicação em banda larga, método conhecido como comunicação via rede elétrica (Powerline Communications) (PLC) Inicialmente exploram-se duas formulações para a modelagem da linha de transmissão de energia elétrica em altas frequências que incluem o possível caminho da corrente pelo solo, de Carson e D'Amore A seguir são exploradas duas formas de modelar a função de transferência do canal de única entrada e única saída (Single-Input Single-Output) (SISO) para PLC de média e a alta tensão São usados os modelos por multipercurso, de Zimmermann e Dostert, e por matriz ABCD Realizam-se simulações comparativas, com intuito de conhecer o efeito das extensões das linhas principais e derivadas da rede na atenuação do canal Ao final, são elaboradas combinações lineares matriciais para obter um modelo determinístico do canal de múltiplas entradas e múltiplas saídas (Multiple-Input Multiple-Output) (MIMO) para PLC de média ou alta tensão com retorno pelo solo, o qual tem seu desempenho comparado ao canal SISO-PLC

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