02 - Mestrado - Engenharia Elétrica
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Item Planejamento da expansão de redes de transmissão considerando compensação capacitiva série e perdas de potência AtivaHuanca, Dany Huamanñahui; Gallego Pareja, Luis Alfonso [Orientador]; Franco, Edgar Manuel Carreno; Maciel, Renan SilvaResumo: Neste trabalho soluciona-se o problema de planejamento da expansão de redes de trans missão (PERT) através do modelo de fluxo de potência DC com alocação ótima de dis positivos de compensação capacitiva série (CCS) e perdas de potência ativa O objetivo do planejamento é encontrar onde, quanto e quando deve ser realizada a instalação de novos elementos (linhas de transmissivo, transformadores, dispositivos CCS, linhas DC, unidades de armazenamento e geradores distribuídos), respeitando uma série de restrições elétricas para garantir o atendimento da demanda futura O problema PERT é formu lado como um problema de programação não linear inteiro misto (PNLIM) Além disso um algoritmo metaheurístico baseado no algoritmo genético de Chu-Beasley (AGCB) é implementado para adicionar linhas de transmissão e dispositivos CCS Ademais, é em pregado um algoritmo heurístico construtivo de Villasana-Garver (HCVG) para tornar factível a configuração proposta pelo AGCB, caso a configuração seja infactível Além disso, são apresentadas duas metodologias para representar as perdas de potência A primeira metodologia, emprega o fluxo de potência DC tradicional, e a segunda metodo logia está baseada em um processo de linearização por partes Para medir a eficiência e eficácia da metodologia proposta, quando se considera o planejamento com dispositivos CCS são testados os sistemas: Garver de 6 barras, IEEE-24, sul brasileiro de 46 barras, colombiano 93 barras e o sistema norte-noroeste brasileiro de 87 barras Quando o plane jamento considera somente perdas de potência são testados os sistemas: Garver, IEEE-24 e sul brasileiro Finalmente, quando o planejamento é considerado com dispositivos CCS e perdas de potência conjuntamente são testados os seguintes sistemas: sistema Garver, IEEE-24 e o sistema sul brasileiro de 46 barras Os resultados mostrados neste trabalho foram satisfatórios e competitivos para uma adequada comparação com a literatura espe cializadaItem Machine learning applied to cooperative spectrum sensing in cognitive radiosTavares, Caio Henrique Azolini; Abrão, Taufik [Orientador]; Proença Junior, Mario Lemes; Marinello Filho, José CarlosResumo: Nesta Dissertação discute-se a tarefa de sensoriamento espectral cooperativo em rádios cognitivos baseada em ferramentas estatísticas e de aprendizado de máquina Considerando o uso de detectores de energia nos usuários secundários (SU), compara-se a aplicação de diferentes ferramentas de tomada de decisão como forma de combinar o nível de energia obtido em cada SU Através de análise estatística do nível de energia, o modelo proposto Weighted Bayesian combina as probabilidades a posteriori de ocupação de canal obtidas em cada SU, ponderadas pela respectiva taxa de sinal-ruído (SNR), de forma a obter uma decisão que, por sua vez, é transmitida de volta aos usuários secundários Com o objetivo de suprimir a necessidade de obter e transmitir o nível de SNR nos SUs, compara-se a aplicação de três modelos de aprendizado de máquina, a saber naive Bayes, rede neural feed-forward e máquina de vetor de suporte (SVM), como forma de estimar a probabilidade a posteriori de ocupação do canal baseada somente no nível de energia e um conjunto de treinamento Resultados numéricos mostraram que todos os três modelos obtiveram uma performance próxima da ótima definida pela técnica maximum ratio combining, especialmente a técnica SVM com kernel linear Por fim, o objetivo desta Dissertação é prover uma análise abrangente de diferentes técnicas de tomada de decisão em cenários realistas de sensoriamento espectral cooperativo, considerando a complexidade computacional de se treinar modelos de aprendizado de máquinaItem Otimização convexa e heurística em detectores MIMO-OFDM e MIMO em larga escala : desempenho e complexidadeFukuda, Rafael Masashi; Abrão, Taufik [Orientador]; Marinello Filho, José Carlos; Scalassara, Paulo RogérioResumo: A detecção é uma etapa importante durante a recuperação da informação transmitida no lado do receptor Porém, a solução ótima Maximum-Likelihood (ML) verifica todas as combinações possíveis (solução por força bruta) para encontrar o vetor solução resultando em alta complexidade computacional sendo pouco adequada para aplicações práticas Nessa Dissertação de Mestrado, duas abordagens são consideradas buscando melhorar o compromisso entre complexidade e desempenho: os algoritmos heurísticos e a otimização convexa O primeiro trabalho é focado na aplicação de duas técnicas heurísticas evolutivas chamadas Particle Swarm Optimization (PSO) e Differential Evolution (DE) na detecção em sistemas Multiple Input Multiple Output combinados com Orthogonal Frequency Dvision Multiplexing (MIMO-OFDM) em cenários com correlação espacial entre as antenas, sendo a performance dos detectores e a complexidade computacional são caracterizadas O segundo trabalho é uma extensão do primeiro e aborda a utilização de detectores híbridos que são uma combinação entre detectores lineares com os algoritmos heurísticos Com os detectores híbridos, a convergência dos algoritmos é acelerada e, consequentemente, a complexidade computacional é reduzida substancialmente, enquanto mantém performance similar aos detectores heurísticos puros utilizando o PSO e DE No terceiro trabalho, o framework de otimização convexa é considerado no contexto de sistemas Massive MIMO (MMIMO) com grande número de antenas O trabalho é dividido em duas partes principais Na primeira, foram considerados detectores formulados como Linear Programming (LP) e Quadratic Programming (QP) e Semidefinite Programming (SDP) analisados em cenários realistas considerando erro na estimativa do canal, correlação espacial, carregamento do sistema e diferentes ordens de modulação Na segunda parte, a utilização de algoritmos projetados é proposta para resolver o detector formulado como QP, a complexidade computacional dos algoritmos é caracterizada em termos de Floating Point Operations (flops), e a influência de características específicas do sistema M-MIMO, particularmente o channel hardening), na redução do número de iterações dos algoritmos projetados é ilustrada através de simulações numéricasItem Algoritmos para auxílio no diagnóstico de doenças pulmonares utilizando inteligência artificialChichanoski, Gustavo; França, Maria Bernadete de Morais [Orientador]; Melo, Leonimer Flávio de; Morais, Flávio José de OliveiraResumo: 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 referênciaItem Auto-alinhamento para sistemas de navegação inercial usando algoritmo REQUEST com estimador de bias e redes neurais artificiaisCampos, Rhelmuthe Elísio Dias; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; França, José Alexandre de; Goedtel, AlessandroResumo: 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 desempenhoItem Sistema de navegação autônoma para plataforma robótica móvel com restrições não-holonômicasZamaia, Jessica Fernanda Pereira; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; França, Maria Bernadete de Morais; Granziera Junior, Francisco; Agulhari, Cristiano MarcosResumo: Este trabalho descreve o processo de desenvolvimento de um protótipo robótico móvel, autônomo, com restrições não-holonômicas e sistema de tração diferencial, capaz de traçar rotas predefinidas e desviar de possíveis obstáculos presentes em seu trajeto através da aplicação de algoritmos de navegação autônoma A modelagem cinemática e dinâmica é realizada e resulta em equações para o posicionamento do robô em um plano, bem como a sua representação em espaços de estados Modelagens essas que são aplicadas a simulações do sistema em ambiente virtual e para sua verificação de estabilidade Simulações do robô em navegação sobre linha reta, circunferência completa e dois algoritmos de desvio são executadas com a utilização do software Matlab e, por fim, são realizadas implementações em cinco diferentes ambientes reais de aplicação Dados são colhidos durante a execução de trajetórias propostas em ambiente real e os mesmos são aplicados em um simulador de trajetória, que permite a visualização dos percursos traçados de forma gráfica Conclui-se a pesquisa com a comparação entre rotas de navegação simuladas em ambiente virtual e rotas traçadas em ambiente real, obtenção de erro entre elas e as devidas conclusões são apresentadas validando os algoritmos de navegação autônoma propostosItem Cognitive radio : spectrum sensing and optimal resource allocationClaudino, Lucas dos Santos Araujo; Abrão, Taufik [Orientador]; Durand, Fábio Renan; Brante, Glauber Gomes de OliveiraResumo: 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 antenasItem Comunicação em banda larga MIMO via rede elétrica aérea de média e alta tensão com retorno da corrente através do soloArns, Heitor Henrique Freire; Abrão, Taufik [Orientador]; Casella, Ivan Roberto Santana; Durand, Fábio Renan; Silva, Newton daResumo: 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-PLCItem Estudo de técnicas de controle PID para alocação de potência em redes ópticas passivas de próxima geraçãoAlves,Thiago Augusto Bruza; Durand, Fábio Renan [Orientador]; Melo, Leonimer Flávio de; Agulhari, Cristiano MarcosResumo: Neste trabalho são estudados os algoritmos de controle de potência distribuídos (DPCA - Distributed Power Control Algorithm) baseados nos modelos de Foschini/ Miljanic (FM) e Verhulst (V) e a composição desses modelos com o controle Proporcional-Integral-Derivativo para as novas gerações das redes ópticas passivas (NG-PON - New Generation - Passive Optical Network) A proposta de arquitetura NG-PON utilizada é a 4G-OCDMA-PON (OCDMA - Optical Code Division Multiple Access) Nos DPCA-V e FM que representam a teoria de controle clássica, está presente a parcela integrativa, e apresentam limitações na precisão das estimativas da razão sinal-ruído mais interferência (SNIR - Signal to Noise Plus Interference Ratio) em ambientes de sinal fraco O desenvolvimento dos DPCA-PID-FM e DPCA-PID-V, baseados em PID e originados dos DPCAFM e DPCA-V foram desenvolvidos para melhorar a precisão na estimativa da SNIR Os principais resultados mostram que o DPCA-FM atinge a convergência com menor número de iterações do que o DPCA-V para boas situações de SNIR No entanto, em cenários de sinal fraco, o DPCA-V apresenta menor discrepância do vetor de potência ótima (obtido através de inversão de matriz) e melhor taxa de convergência do que o DPCA-FM Neste sentido, o DPCA-PID-V não apresenta impacto significativo sobre a tendência e a velocidade de convergência em comparação com o DPCA-V O acréscimo das parcelas proporcionais e diferenciais ao DPCA-V para a criação do DPCA-PID-V com parâmetros de sintonia do PID obtidos empiricamente não apresentou impacto significativo na tendência e na velocidade de convergência Por outro lado, o DPCA-PID-FM muda a tendência de não convergência do DPCA-FM Finalmente, o aumento do erro da estimativa de canal faz com que em todos os DPCAs aumentem o erro quadrático médio normalizado (NMSE - Normalized Mean Square Error) de convergência Adota-se o uso da técnica de otimização por enxame de partícula (PSO - Particle Swarm Optimization) para o ajuste dos ganhos, realizando a sintonia do PID, obtendo resultados satisfatórios com incremento na velocidade de convergência do DPCA-PID-FM com 32 e 48 unidades de rede ópticas (ONU - Optical Network Unit)Item Efficient detection : from conventional Mimo to massive Mimo communication systemsNegrão, João Lucas; Abrão, Taufik [Orientador]; Scalassara, Paulo Rogério; Durand, Fábio RenanResumo: 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 sistemaItem Desenvolvimento de um fotômetro para detecção de adulteração de leite cru por adição de água baseado no uso da esfera de integraçãoDias, Lucas da Silva; França, José Alexandre de [Orientador]; França, Maria Bernadete de Morais; Granziera Junior, Francisco; Ferreira, Elnatan ChagasResumo: A adulteração do leite é uma prática que ocorre com frequência nos dias de hoje Para evitá-la, amostras de leite são submetidas a testes físico-químicos, sendo o índice de crioscopia o principal teste para verificação de adição de água Contudo, o uso de outros adulterantes mascaram a adição de água perante o crioscópio Assim, novas técnicas vem sendo empregadas para detectar leites fraudados, dentre elas, a espectroscopia NIR, que se baseia na absorção de energia para adquirir informações físicas e químicas da amostra O objetivo deste trabalho é apresentar um protótipo para análise de leite cru, determinando se a amostra contém água adicioanda O projeto foi arquitetado em módulos, onde cada módulo apresenta um microcontrolador responsável por desenvolver suas atividades, e está dividido em: emissão, recepção, controle de temperatura e interface O módulo de emissão é composto pelas fontes emissoras de luz infravermelha (LEDs) e um driver para acionamento das fontes em corrente O sistema de recepção é composto por uma esfera de integração, um sensor e um circuito de condicionamento O controle de temperatura garante o funcionamento correto dos elementos ópticos, uma vez que os mesmos podem apresentar variações devido a mudança de temperatura Por fim, o módulo de interface é responsável por interagir com o operador através de três botões e de um display alfanumérico 2x2 A calibração foi feita a partir de um conjunto de amostras com diferentes adulterações, posteriormente, um novo conjunto de amostras foi testado para validar o modelo criado pelo conjunto de calibração O coeficiente de determinação (R2) obtido pelo estimador, modelado a partir do conjunto de calibração, foi de ,932 Na etapa de validação, o erro quadrático médio de predição (RMSEP) apresentado foi de ,267 Portanto, o protótipo é capaz de determinar a quantidade de água adicionada na amostraItem Plataforma de simulação HiL contendo uma bobina de Helmholtz e aplicada a sistemas aeroespaciaisBatista, Daniel Strufaldi; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; Tosin, Marcelo Carvalho; Granziera Junior, Francisco; Kuga, Hélio KoitiResumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento, teste e validação de uma plataforma para simulação hardware-in-the-loop (HiL) em conjunto com uma bobina de Helmholtz de três eixos para aplicações espaciais O trabalho também utiliza a plataforma construída no estudo de dois tópicos: calibração de sensores magnéticos de baixo-custo; simulações de órbitas terrestres baixas (LEO - low-earth orbits) com capacidade de gerar, através da bobina de Helmholtz, o campo geomagnético observado em um corpo em órbita A plataforma desenvolvida é formada pelos seguintes sistemas: um hardware modular da empresa dSPACE e uma placa específica para simulação HiL; uma bobina de Helmholtz previamente projetada, cuja montagem final, validação e testes são apresentados e discutidos neste trabalho; um sensor magnético fluxgate da empresa Sensys; um sistema de determinação de atitude (AHRS) da empresa Advanced Navigation; a experiência MEMS (E-MEMS), que consiste de um sistema composto por quatro conjunto de sensores MARG, desenvolvido e validado neste trabalho; sistemas auxiliares, tais como uma fonte de corrente controlada por tensão para a bobina de Helmholtz e condicionadores de sinais para a ligação completa e interligação dos elementos da plataforma Inicialmente é feita a revisão do estado da arte dos três principais aspectos deste trabalho: os conceitos e vantagens da simulação HiL; análise sobre bobinas de Helmholtz de três eixos quadradas; calibração de sensores magnéticos e simulação do campo geomagnético para órbitas LEO Na sequência o trabalho apresenta detalhadamente a plataforma desenvolvida, incluindo a metodologia para a construção do sistema e descrevendo cada elemento utilizado Por fim, os resultados obtidos com o sistema são divididos em duas partes principais Na primeira são detalhados todos os testes e resultados obtidos especificamente com a bobina de Helmholtz, subdivido em três capítulos Estes descrevem a metodologia e resultados para a validação da bobina de Helmholtz, o estudo sobre a calibração da bobina utilizando o hardware dSPACE e a implementação de um sistema em malha fechada, utilizando um controlador digital PID, para o acionamento da bobina O segundo conjunto de resultados discute as duas aplicações propostas com o sistema Ambas são implementadas com a plataforma atuando na bobina de Helmholtz em malha fechadaItem Antenna selection schemes for energy efficiency increasing of XL-MIMO systems under non-stationary channelsUbiali, Gabriel Avanzi; Abrão, Taufik [Orientador]; Marinello Filho, José Carlos; Costa, Marcello GonçalvesResumo: 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 usuáriosItem Desenvolvimento de sistemas com motores trifásicos de indução de alto rendimento, IFOC e comando por joystick para cadeira de rodasNunes, 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 sistemaItem Estudo de alocação de recursos em redes ópticas WDM/OCDM baseada em inteligência de enxame de partículasSantos, Alysson José dos; Durand, Fábio Renan [Orientador]; Zarpelão, Bruno Bogaz; Lourenço, Sidney AlvesResumo: 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 ópticasItem Desempenho-complexidade em redes cooperativas amplifica e transmite com seleção de relaysSilva, Nathalia dos Santos; Abrão, Taufik [Orientador]; Casella, Ivan Roberto Santana; Durand, Fábio RenanResumo: Essa Dissertação estabelece uma análise sistemática dos principais métodos de seleção de relays em redes de comunicação sem fio cooperativas, tendo como métricas de avaliação a taxa de erro de bit (BER), a complexidade computacional, a Probabilidade de Outage e a Eficiência Energética (EE) Os métodos de seleção de relays analisados incluem: Máxima Média Harmônica, Máxima Média Generalizada, Max-Min, Maior Relação Sinal-Ruído (SNR) e Seleção Aleatória Tais escolhas se devem ao fato de serem métodos de seleção que possuem desempenho ótimo e/ou apresentarem baixa complexidade As figuras de mérito de comparação foram selecionadas conforme o objeto de análise por conterem informações essenciais à manutenção da qualidade do serviço (QoS) em redes de comunicação Este trabalho busca ainda estabelecer critérios para a otimização de recursos em redes cooperativas, particularmente busca-se a diminuição da complexidade no gerenciamento do sistema de comunicação como um todo, ao mesmo tempo que se considera desejável uma melhoria no tempo de vida da rede sem fio, em especial redes de sensores, sujeito a um desempenho mínimo das transmissões Por isso, considera-se fundamental a seleção de relay em redes cooperativas Foram considerados cenários realistas, modelados de forma que possibilitaram a alteração no esquema físico, com variação no número de hops e de links de diversidade, permitindo ao trabalho se adequar às particularidades da rede de sensores e com isso ter um viés de aplicabilidade prática dos tópicos discutidos Para descrição dos métodos e esquemas de transmissão utiliza-se de modelos matemáticos e análises de funções, e a quantificação é feita através de simulações computacionais empregando-se método Monte Carlo Essas simulações corroboraram as expressões analíticas já conhecidas e as derivadas neste trabalho Como resultado, obteve-se um quadro comparativo para: os principais métodos de seleção sob diferentes cenários e condições de operação da rede em relação à taxa de erro de bit e a complexidade computacional; o comportamento dos diferentes esquemas de transmissão com seleção de relays através da Probabilidade de Outage e da Eficiência Energética; e para as conjecturas sobre esquemas de transmissão mais adequados _a determinadas aplicações conforme pontos de melhor operação de cada esquemaItem Throughput and latency Q-learning-based random access protocols for mMTC systemsSilva, Giovanni Maciel Ferreira; Abrão, Taufik [Orientador]; Brante, Glauber Gomes de Oliveira; Costa, Marcello GonçalvesResumo: As redes de comunicação do tipo máquina massiva (mMTC - massive machine-type communication) terão um papel fundamental nos sistemas de sexta geração de comunicação sem fio (6G) Neste modo de uso da rede, milhares de dispositivos disputam os recursos de acesso disponíveis para o envio de pacotes, como por exemplo uma rede de sensores no campo ou uma fábrica automatizada da indústria 4 Nesse cenário, surge o problema de acesso aleatório, no qual os dispositivos selecionam aleatoriamente os recursos da rede e colisões ocorrem com frequência Uma das formas promissoras de resolver esse problema é utilizar algoritmos de aprendizado por reforço QL (Q-learning) Neste trabalho, algumas técnicas presentes na literatura como os algoritmos QL-Independente e QL-Colaborativo são analisadas em termos de vazão e latência Também são propostos um algoritmo distribuído baseado em pacotes de baixa complexidade, bem como melhorias na técnica QL-Colaborativa Finalmente, analisa-se a disparidade de potência entre dispositivos em uma célula com a utilização de acesso múltiplo não ortogonal (NOMA - non-orthogonal multiple access) com um nó central aplicando o cancelamento sucessivo de interferência (SIC - successive interference cancellation) para reduzir a probabilidade de colisões Neste contexto, é proposto um algoritmo QL com múltiplos níveis de potência capaz de aumentar a vazão enquanto reduz a latência de redes NOMA mMTCItem Sistema de navegação autônoma para plataformas robóticas móveis utilizando técnicas de controle embarcadoRodrigues, Evandro Junior; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; Barbosa, Lúcio dos Reis; Rosário, João MaurícioResumo: O desenvolvimento de sistemas de controle para robôs móveis autônomos tem se mostrado um grande desafio para a os pesquisadores até os dias atuais Diferentes abordagens para o projeto de sistema de controle para robôs móveis autônomos vem sendo utilizadas em diversas áreas de pesquisa Por muitos anos os pesquisadores tem construído sistemas de controle que apresentam um comportamento inteligente em ambientes controlados, com situações ideais, mas que normalmente não mantém o mesmo desempenho no mundo real Nesse contexto foi desenvolvido um sistema utilizando técnicas de hardware in-the-Loop para operação de um sistema robótico controlado através do MatLab no desenvolvimento de um modelo cinemático e dinâmico Desta forma o objetivo deste trabalho é apresentar um sistema de controle robusto para robôs móveis autônomos que seja capaz de operar e de se adaptar a diferentes ambientes e condições Um sistema robótico móvel será utilizado para validação dos testes dos sistemas de controle e navegação autônomaItem Uma integracão de soluções em software livre aplicada à microssimulação de tráfego urbanoPinheiro, Leonardo Mota; Cervantes, Silvia Galvão de Souza [Orientador]; Silva, Paulo Cesar Marques da; França, José Alexandre de; Melo, Leonimer Flávio deResumo: 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 utilizadosItem Vibrógrafo autônomo para aquisição remota de dados de vibrações eólicas de linhas de transmissão elétricas suspensasSchimith, Silas Barroso; França, José Alexandre de [Orientador]; Abrão, Taufik; Catunda, Sebastian Yuri Cavalcanti; Silva, NewtonResumo: Projeto e implementação de um Vibrógrafo para monitorar vibrações com a finalidade de obter o impacto incremental da fadiga causada por vibrações eólicas em linhas de transmissão elétrica suspensas sobre a degradação do tempo de vida útil de um cabo O equipamento consiste em um detector de vibrações que coleta os dados conforme a padronização de medições de vibração de condutores estabelecida pela norma “Standardization of Conductor Vibration Measurements” (IEEE, 1966), utilizando extensômetro como sensor de vibrações para coleta da amplitude máxima de pico a pico das oscilações e da freqüência de vibração em um intervalo de um segundo A alimentação do conjunto provém de uma bateria interna que é recarregada por um painel solar fotovoltaico As tabelas dos dados coletados são transmitidas diariamente através de modem GPRS para uma central de processamento remoto