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As UPSs (Uninterruptible Power Supplies) são equipamentos que garantem a alimentação sustentada de energia elétrica, com elevados níveis de qualidade e confiabilidade. Esses equipamentos são comumente empregados no suprimento de sistemas com missão crítica, em que distúrbios ou a indisponibilidade de energia elétrica podem acarretar perdas financeiras e/ou humanas (e.g., hospitais, bancos, datacenters e entre outros). Na literatura, diversas topologias de UPSs monofásicas foram propostas em alternativa à configuração clássica com transformadores, como solução para o aumento de rendimento e de densidade de potência e para a redução de custo. Dentre essas alternativas, as variações de UPS sem transformadores (transformerless) se mostram mais viáveis por dispensarem a necessidade de transformadores de baixa frequência, que representam uma fração significativa da massa e do volume total da UPS convencional. Nesse contexto, a UPS de três braços é reportada como alternativa para o projeto de UPSs sem transformador de baixa e média potência, com elevado rendimento e densidade de potência. Esse trabalho pretendeu avaliar o desempenho da topologia de três braços, no tocante ao rendimento e densidade de potência mássica e volumétrica. Uma proposta alternativa de ligação do banco de baterias, na entrada dessa UPS, também foi analisada. Ademais, protótipos de calorímetro direto de caixa simples e de dupla caixa foram construídos para medição das perdas em conversores. A metodologia adotada se baseou na comparação de projetos de UPSs de três braços com dispositivos semicondutores de vários materiais (silício, carbeto de silício e nitreto de gálio), tecnologias (IGBTs, MOSFETs e arranjo cascode com MOSFET de silício e HFET de GaN) e encapsulamentos (TO-247-3, TO-247-4, SMT top e HSOF-8). Simulações da UPS completa em MATLAB/Simulink validaram as estratégias adotadas para controle, modulação, sincronismo e comutação entre os estados normal e energia armazenada, bem como a proposta de conexão do banco de baterias sugerida neste trabalho. Essas simulações também demonstraram a operação da UPS em modo assíncrono ou síncrono, i.e., com frequência de saída desacoplada ou não daquela da rede elétrica. Os detalhes da construção, dimensionamento e calibração dos calorímetros construídos foram apresentados. Os resultados experimentais preliminares dos protótipos desenvolvidos também foram discutidos.

O presente trabalho tem como foco o problema de programação de cursos baseados em currículos. O problema consiste na definição do horário de cursos e na alocação de salas de aula respeitando-se um conjunto de restrições, tais como a capacidade das salas, indisponibilidades dos professores etc. Para resolvê-lo, foram desenvolvidos métodos heurísticos baseados em Iterated Local Search (ILS) e Variable Neighborhood Descent (VND). Também foi desenvolvido um procedimento de construção que é capaz de gerar boas soluções iniciais com tempos computacionais relativamente pequenos. Devido às particularidades do problema, visto que cada instituição de ensino normalmente considera objetivos e restrições muito diferentes, adotamos para a validação do trabalho instâncias do International Timetabling Competition 2007 (ITC). Os resultados obtidos apontam um desempenho satisfatório para o método que utiliza o VND como procedimento de busca local do ILS. Além disso, foi desenvolvido um software para construir e gerenciar um quadro de horário.

A utilização de motores elétricos com número de fases maior que três apresenta vantagens com relação ao uso de motores trifásicos em algumas aplicações, como: altas potências, pela redução da potência por fase, sendo redução da corrente e/ou tensão; aplicações que exijam um alto nível de confiabilidade, uma vez que máquinas desse tipo continuam a funcionar mesmo após a perda de uma ou mais fases do motor ou inversor; e aplicações embarcadas, do tipo carros elétricos e híbridos, navios e trens, onde uma elevada confiabilidade é fundamental, mas também por outra característica dessas máquinas que é o ganho de torque por meio de injeção de correntes harmônicas. Esse trabalho é focado no estudo de um motor de indução de nove fases. É mostrado como modelar essa máquina para a componente fundamental e para o terceiro harmônico, como obter circuitos equivalentes de regime permanente para esses harmônicos com a mesma forma de um circuito equivalente de um motor trifásico convencional. Além disso, é mostrado como o terceiro harmônico aumenta o torque da máquina eneafásica, como implementar o seu controle vetorial garantindo sempre o sincronismo desejado entre fundamental e o terceiro harmônico. Finalmente, serão mostrados alguns aspectos relacionados ao projeto desse tipo de motor e são feitas comparações entre o desempenho da máquina de nove fases e da máquina trifásica.

Neste trabalho foi desenvolvida uma implementação, em FPGAs, de rotinas necessárias ao processamento de sinais provenientes de ocorrências de descargas parciais. O objetivo primário do sistema é a eliminação de componentes de ruídos para permitir que operações de interpretação destes sinais amostrados sejam possíveis. Além da tentativa de utilização de paralelização e pipeline, desenvolveu-se um conjunto de abordagens visando uma necessária maximização das taxas de amostragem. Inovações interessantes foram obtidas no procedimento para identificação de sinais, através de um classificador baseado em conceitos de redes neurais e métricas de distâncias, e na definição de parâmetros para identificação dos padrões de interesse. Os procedimentos se utilizaram de transformadas de wavelets de tempo discreto (DWT). As abordagens propostas mantiveram a eficácia de outros procedimentos disponíveis na literatura e, ainda, promoveram significativa simplificação das operações necessárias. Com isso, obteve-se considerável diminuição nas demandas por recursos para implementação. Além disso, as abordagens propostas podem ser utilizadas em operações posteriores de identificação de padrões associados à falhas em equipamentos, com base nos sinais de descargas parciais amostrados.

O reconhecimento automático de expressões faciais é um problema complexo que requer a aplicação de técnicas de Inteligência Computacional, em especial aquelas relacionadas a área de Reconhecimento de Padrões. A utilização destas técnicas nesse trabalho tem como objetivo estabelecer uma abordagem que permita a diferenciação de sinais da Língua Brasileira de Sinais, conhecida por Libras, por meio de um dos seus parâmetros fonológicos: as expressões não-manuais. Estas expressões são formadas pelo movimento da face, dos olhos, da cabeça e/ou do tronco. O objetivo principal da presente pesquisa foi mensurar a importância da expressão facial durante a execução do sinal de Libras e verificar se apenas a mudança na fisionomia é suficiente para identificar um sinal. A partir desta premissa, uma metodologia para o reconhecimento automático de sinais da Libras foi estruturada e validada por uma base de dados composta por 10 sinais de Libras capturados por um sensor RGB-D (Kinect). Esta base de sinais foi construída para esta aplicação e nela cada sinal selecionado para sua composição foi executado por apenas um sinalizador. A base de sinais de Libras disponibiliza as coordenadas (x,y) da posição de 121 pontos do rosto e os vídeos de cada gravação de cada sinal. A partir destas informações disponíveis, as etapas a seguir foram implementadas: (i) detecção e recorte da face, que é a região de interesse desse trabalho; (ii) sumarização dos vídeos com as imagens do rosto utilizando o conceito da maximização da diversidade em termos de distância temporal e da diferença de cores no padrão RGB entre os quadros. Esta etapa foi necessária para eliminar informações redundantes e por meio dela foram obtidos os cinco quadros mais significativos das gravações de cada sinal; (iii) criação de dois vetores de características: um a partir da concatenação dos 121 pontos cartesianos disponíveis na base de sinais e outro a partir da informação obtida pela aplicação do descritor de textura LBP (Padrões Locais Binários) em cada um dos quadros significativos; e (iv) classificação dos sinais aplicando o k-NN (k-vizinhos mais próximos) e a SVM (Máquina de Vetores de Suporte). Os melhores parâmetros para estes classificadores (respectivamente o parâmetro k do primeiro, e C e do segundo) foram obtidos a partir de validação cruzada. A classificação dos sinais da base criada por meio da característica gerada pela aplicação do descritor LBP nos quadros mais significativos dos vídeos das gravações de cada sinal teve melhor desempenho que a característica derivada da concatenação dos pontos cartesianos. Já em relação aos classificadores, o SVM retornou melhores taxas de acerto. Com isso, a acurácia média de reconhecimento dos sinais obtida da análise da metodologia proposta aqui foi de 95,3% evidenciando a potencialidade do modelo proposto. Esse trabalho contribui para o crescimento dos estudos que envolvem os aspectos visuais próprios da estrutura da Libras e tem como foco principal a importância da expressão facial na identificação dos sinais de forma automatizada.

O contexto energético brasileiro passa por uma mudança estrutural sem precedentes na história do país. Com a publicação pela Agência Nacional de Energia Elétrica da Resolução Normativa 482 de 2012, criou-se um novo marco no setor. Os consumidores adquiriram o direito de produzir sua própria energia elétrica. Este trabalho propõe a criação de uma metodologia para avaliação de projetos de sistemas de geração a partir da fonte solar fotovoltaica. Inicialmente, explora-se o contexto histórico ao qual a fonte encontra-se inserida e os principais eventos acontecidos no setor elétrico, além do contexto do setor fotovoltaico e a evolução do mercado de geração distribuída. Em seguida, apresenta-se a metodologia desenvolvida para utilização em projetos de microgeração fotovoltaica desde a sua concepção até a etapa de instalação. A metodologia utiliza critérios de avaliação técnicos, comerciais e regulatórios. Por fim, apresenta-se um estudo de caso de uma usina residencial para validação da metodologia proposta. Apresentam-se dados relativos ao primeiro ano de operação e o impacto causado pela variação de preços na viabilidade comercial do empreendimento.

Este trabalho aborda sistemas de conversão de energia eólica com bobinas abertas. Devido à expansão que ocorre em instalações de geradores eólicos de grande potência, principalmente fora do continente, soluções como conversores multiníveis de alta potência estão sendo pesquisados para suportar esse novo patamar na eletrônica de potência. Como os dispositivos semicondutores estão operando muito próximos de seus limites, a combinação de elementos básicos para a construção de equipamentos multiníveis tem sido uma saída para comportar a transferência de elevados níveis de potência. Como uma das alternativas para este obstáculo, a topologia com bobinas abertas, que já era estudada em acionamentos de motores de elevada potência há mais de uma década, consiste em não realizar um fechamento usual em estrela ou triângulo nos terminais da máquina, mas conectar todos os terminais em dois conversores. A partir de dois conversores de dois níveis, com esta estrutura, atinge-se o comportamento de conversores de três níveis, ou seja, um esquema multinível. Este caso foi estudado, aplicando dois conversores Back-to-Back interligando um gerador síncrono a ímãs permanentes à rede. Uma simulação computacional foi realizada no software MATLAB, por meio de modelos matemáticos do sistema, desde a rede até a máquina, para um sistema de 2MW. Os resultados foram analisados com luz na teoria. Em seguida, uma bancada de ensaios em escala reduzida de potência de 10kVA foi projetada, construída e colocada em operação para um sistema similar, mas de menor potência. Com algumas variações em relação ao sistema simulado, testes experimentais foram realizados para validar os resultados obtidos através da ferramenta computacional e do estudo teórico.

Este trabalho envolve a extração de características e reconhecimento de padrões que indiquem estados ictogênicos em registros eletrográficos. A parte preliminar do trabalho avalia o desempenho de um método de decomposição de modos de sinais, a Transformada de Wavelet Empírica (EWT), em um problema de classificação de uma base de dados conhecida em epilepsia. São diferenciados registros de três classes; crise, inter-ictais e de pacientes normais, com exatidão de até 94.5%, valor compatível com outros métodos na literatura, demonstrando a viabilidade do método. Em seguida, hipóteses são propostas a respeito da ictogênese em ratos da linhagem WAR, um modelo animal de Crises Audiogênicas. Estas são avaliadas em registros do Colículo Inferior, obtidos em protocolos de experimentos baseados na sondagem acústica, onde tons de 10kHz modulados em amplitude são apresentados, evocando respostas auditivas em regime permanente. Estas podem ser consideradas assinaturas eletrográficas do processamento auditivo ao longo do tempo de cada animal, realçando atributos relativos à magnitude e sincronismo da resposta com o estímulo. O primeiro protocolo utiliza sons com intensidade 85dB, insuficiente para desencadear Crises Audiogênicas nos animais, modulados em amplitude em 53.71Hz (3 trials) e 92.77Hz (3 trial), em trials intercalados. É abordada a hipótese de que o processamento auditivo de WARs é diferenciado de animais fisiológicos, sendo necessária a aplicação de estímulos auditivos para ressaltar a diferença. A maior amplitude da resposta confirmou o processamento auditivo anormal de WARs, indicando a hiperexcitabilidade do Colículo Inferior destes animais. Porém, a atividade basal também é diferenciada entre os grupos, com animais ictogênicos apresentando maior energia nas bandas de alta frequência (Gamma), além de episódios semelhantes a fusos de alta amplitude. A segunda hipótese proposta, que circuitos neurais de WARs possuem tendência a sincronizar mais facilmente com estímulos externos, foi confirmada pelo maior índice de acoplamento de fase (PLV) entre estímulo e resposta destes animais. Com os atributos de energia e PLV utilizados nas abordagens das duas primeiras hipóteses, foram testados classificadores para identificação de registros provenientes de animais WAR. A amplitude da resposta evocada possui o maior poder preditivo, sobretudo quando a moduladora de 53.71Hz é utilizada (96% de exatidão), em comparação com a de 92.77Hz (80% de exatidão). O uso de mais atributos (como energia de outras bandas e PLV) possibilita a melhora no desempenho no segundo caso, aumentando de 80% para 87%. Isto indica a possibilidade de usar atributos de um protocolo de sondagem como biomarcadores, com aplicações em ferramentas diagnósticas. Em seguida, a dinâmica dos mesmos atributos ao longo de crises é analisada, de modo a confirmar ou refutar a hipótese que o processamento auditivo de WARs é prejudicado durante e após uma crise audiogênica. As características são extraídas de registros do segundo protocolo, onde uma estimulação sonora de maior intensidade (110dB) induz crises tônico-clônicas em animais WAR. Foi mostrado que, apesar de alterações transitórias durante a crise, a energia da resposta evocada não é alterada significativamente entre os períodos pré-ictal, ictal e pós-ictal. Isto contrasta com as energias em outras bandas de frequência, que aumentam consideravelmente durante a crise, devido ao recrutamento pelo foco ictal, mas diminuem no pós-ictal. O sincronismo da resposta com o estímulo, quantificado pelo índice PLV, confirma parte desta conclusão. Antes da crise, o PLV está abaixo dos valores normais encontrados em WARs, possivelmente devido a interações de circuitos responsáveis pela resposta com grupos do foco ictal. Assim, a resposta ainda estaria presente, mas a capacidade de acompanhar o estímulo seria prejudicada. Durante a crise há somente alterações transitórias do PLV, sobretudo próximo ao final. No período pós-ictal, como grande parte das oscilações endógenas do sistema está em período refratário, mas este ainda é responsivo a estímulos externos, os índices de PLV atingem o valor máximo. Assim, a dinâmica na resposta evocada indica que circuitos que fazem parte do processamento auditivo, apesar de estarem envolvidos no processo que leva a uma CA, não fazem parte efetivamente de circuitos da via ictogênica, pois continuam responsivos durante e após a crise audiogênica.

O foco principal deste trabalho é propor novas abordagens para o controle em rede de sistemas não lineares descritos por modelos fuzzy Takagi-Sugeno (TS), e levar em conta restrições típicas impostas pela rede, tais como retardo no tempo e limitação da largura de banda. A metodologia adotada para obter condições menos conservadoras segue o padrão dos trabalhos disponíveis na literatura, isto é, faz-se uma escolha apropriada de um Funcional de Lyapunov-Krasovskii (FLK) e aplicamse desigualdades integrais (ou somatórias) nos termos que surgem na derivada (ou diferença) do FLK. A partir da escolha apropriada do FLK, com termos que explicitam a presença do retardo (incerto) induzido pela rede, associada com o uso de novas desigualdades integrais (ou somatórias) para relaxar as parcelas relativas ao retardo no tempo, obtêm-se novas condições de análise e síntese de controladores. A metodologia proposta é avaliada tanto no contexto de sistemas a tempo contínuo quanto a tempo discreto. Para tratar possíveis limitações na capacidade de transmissão de dados ao longo da rede, faz-se uso de um esquema de acionamento por eventos que decide quando novos dados devem ser enviados para a atualização do controle. Um conjunto de experimentos numéricos são apresentados para ilustrarem as possíveis vantagens (e desvantagens) dos métodos propostos.

Robôs autônomos são máquinas que operam sem intervenção humana, de forma totalmente automatizada, utilizando sensores para perceber o ambiente e tomar decisões. Devido à quantidade e à complexidade dos dados gerados pelos robôs atuais e à dificuldade em codificar movimentos complexos, torna-se necessária a criação de novas técnicas para a programação de políticas de controle satisfatórias. Uma das técnicas que tem mostrado ser promissora é a programação por demonstração, onde a ideia geral é tentar extrair uma lei de controle adequada de demonstrações de tarefas realizadas. A vantagem da programação por demonstração é a codificação direta de uma tarefa a partir de um conjunto de demonstrações, o que permite a programação do robô por pessoas leigas. Este trabalho propõe uma metodologia para aprender movimentos de alcance de robôs a partir de um conjunto de demonstrações com o uso de modelos não lineares autorregressivos (NAR) polinomiais. Os movimentos de alcance são modelados como soluções para sistemas dinâmicos não lineares autônomos de tempo discreto, de modo que os movimentos iniciados próximos aos dados das demonstrações seguem as trajetórias treinadas e sempre alcançam e param no alvo. Como os modelos NAR, obtidos usando técnicas padrões de identificação de sistemas, nem sempre modelam adequadamente os movimentos de alcance, neste trabalho é apresentado um método que usa um estimador de mínimos quadrados com restrições para impor a localização de pontos fixos no modelo. Com a impoix x sição de novos pontos fixos é possível alterar a localização dos pontos fixos originais do modelo, permitindo assim o aprendizado de movimentos de alcance estáveis. O método foi comparado com o estado da arte utilizando uma biblioteca de movimentos de caligrafia. Os resultados mostram que o método proposto é uma boa alternativa para métodos propostos anteriormente quando é necessária uma boa precisão nas trajetórias aprendidas e, ao mesmo tempo, uma baixa demanda do controlador de baixo nível. O método também foi avaliado em um robô móvel real e em um manipulador industrial com sucesso.

Este trabalho apresenta uma metodologia direcionada para problemas de classifica¸cao de padroes. O objetivo ´e projetar classificadores de margem larga, onde as informa¸coes necess´arias para o projeto do classificador sao obtidas a partir da estrutura geom´etrica dos dados. Atrav´es do grafo de Gabriel, o conjunto de dados ´e transformado em um grafo planar, onde as arestas deste grafo que possuem v´ertices com r´otulos de classes distintas coincidem com as amostras que estao na margem de separa¸cao entre as classes. Estas arestas sao denominadas arestas de suporte e formam a base para o desenvolvimento de uma fam´lia de m´etodos, tais como um decisor para o aprendizado multiobjetivo de redes neurais; uma estrat´egia para sele¸cao de parametros em redes neurais RBF; por fim, a concep¸cao de novos classificadores de margem larga. Resultados com benchmarks conhecidos na literatura mostram que essas abordagens maximizam a margem e aumentam a capacidade de generaliza¸cao dos classificadores.

O wulst visual é o alvo das projeções retinotalamofugais no telencéfalo de aves. Em corujas, esta área é conhecida por possuir semelhanças funcionais com o córtex visual primário (V1) de mamíferos. Em seu estudo pioneiro, Pettigrew relatou que tais semelhanças também se estendiam a dois tipos celulares básicos que inicialmente foram descritos por Hubel e Wiesel (em V1): células simples, caracterizadas por suas seletividade espacial aproximadamente linear à polaridade do contraste do estímulo, e uma população muito mais diversificada de células denominadas complexas, as quais não exibem esta propriedade de resposta. Neste trabalho, os achados de Pettigrew foram reavaliados usando métodos de classificação mais quantitativos oriundos da teoria de sistemas lineares. O método calcula o índice de linearidade do somatório espacial baseado na resposta dos disparos da célula a uma grade senoidal em movimento. Os estímulo utilizados foram otimizados em termos de frequências espaciais e temporais, orientação, tamanho e direção do movimento, dependendo do protocolo de registro. A modulação da resposta evocada ($F_{1}/F_{0}$) é obtida por meio da divisão da amplitude da oscilação da resposta na frequência temporal do estímulo ($F_{1}$) pela média da resposta acima da atividade espontânea ($F_{0}$). Células que possuem $F_{1}/F_{0}$ $>$ 1 são classificadas como simples; as outras como complexas. A confiabilidade neste método de classificação se baseia em duas linhas de evidências: 1) concordância geral com outros métodos de mapeamento; 2) distribuição bimodal de $F_{1}/F_{0}$ com um vale bem definido entre os neurônios de V1 na maioria das espécies de mamíferos estudadas até hoje. Fui analisado um total de 369 neurônios, amostrados aleatoriamente ao longo de diferentes profundidades no wulst visual de dezesseis corujas buraqueiras acordadas. Os resultados obtidos até o momento mostram que a distribuição da modulação ($F_{1}/F_{0}$) foi unimodal (mediana $F_{1}/F_{0}$ = 0,43) sem evidência clara de um mínimo local (P=0,997 teste dip de Hartigan). Adotando o critério de classificação convencionalmente utilizado em mamíferos (descrito acima), 83\% das células amostradas foram classificadas como complexas (mediana $F_{1}/F_{0}$ = 0,36). A proporção de células simples (mediana $F_{1}/F_{0}$ = 1,33) foi apenas ligeiramente menor que o relatado por Pettigrew em corujas {\it Tyto alba } anestesiadas (21\%, 126/579). Os neurônios classificados como simples e complexos apresentaram valores de atividade espontânea mediana similares (3,43 e 4,24 disparos/s, respectivamente) e a modulação da resposta evocada não mostrou correlação estatisticamente significativa com a atividade espontânea. Conforme nossos dados, foi encontrada uma grande variação na modulação das respostas evocadas para baixo e alto contrastes, 7,5\% e 98\% respectivamente. Algumas células do wulst (aproximadamente 1/4 das células avaliadas, n = 120) apresentaram classificações variadas para diferentes contrastes. De acordo com um trabalho anterior de nosso grupo, os neurônios do wulst (86/111) apresentam uma supressão da resposta quando uma grade senoidal em movimento é expandida além do seu campo receptivo clássico (CRF). Aqui, mostramos que este efeito é muitas vezes acompanhado por um aumento de $F_{1}/F_{0}$ (aproximadamente 2/3 das células avaliadas, n = 86). Metodologias de mapeamento das subunidades do campo receptivo dos neurônios utilizando a correlação reversa foram desenvolvidas e aplicadas com o objetivo de caracterizar suas estruturas internas. Os mapeamentos das subunidades dos campos receptivos mostraram que a localização espacial das subunidades {\it ON} e {\it OFF} podem se alterar ao longo do tempo ou se configurar de forma diferente dependendo do estímulo utilizado em sua estimulação. Os campos receptivos se mostraram mais 'complexos' quando estimulados com um ruído esparso e mais 'simples' quando estimulados com um ruído denso. Portanto, de modo geral, nossos resultados não apóiam a existência de duas classes distintas de células simples/complexas no wulst visual. Os resultados sugerem ainda que o grau com que cada neurônio do wulst atua como um filtro espaço temporal linear depende da combinação específica dos atributos do estímulo.

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Controle preditivo baseado em modelos (conhecido pela sigla de sua expressão em inglês MPC - Model Predictive Control) é uma técnica de controle moderno que possui diversas variações e aplicações na indústria. Uma nova estratégia de MPC robusto, a qual chamaremos de RMPC-SC - Robust MPC with Stability Constraints, é proposta neste trabalho. Um conjunto de restrições para o incremento da variável de controle, para o qual se garante a estabilidade de um sistema dinâmico monovariável, linear, de tempo discreto, descrito em termos de uma função de transferência conhecida, porém com incertezas politópicas em seus parâmetros, é calculado explicitamente. A condição desenvolvida é suficiente para a estabilização do sistema para qualquer instância da função de transferência dentro da faixa de incertezas admitidas e pode ser utilizada em conjunto com qualquer técnica de MPC robusto, que admita a inclusão de restrições na variável de controle. Um novo método de otimização Branch an Bound é proposto com o objetivo de se aprimorar o procedimento de otimização inerente ao algoritmo RMPC desenvolvido neste trabalho. O mesmo pode ser utilizado na otimização global de funções que podem ser descritas como a diferença entre funções crescentes, em um politopo do tipo caixa.

A penetração massiva de fontes de Geração Distribuída Fotovoltaica - GDFV - conectadas ao sistema de distribuição de energia elétrica através de inversores eletrônicos pode contribuir, em um cenário de serviços agregados, para o desempenho de várias funções de controle do sistema elétrico de potência, notadamente na regulação de tensão ao longo de alimentadores. Nesse contexto, a supervisão e controle dessas fontes de geração através de uma infraestrutura de comunicação padronizada, flexível e capilar torna-se um fator chave para a integração dessas fontes em larga escala. Os atuais métodos de regulação de tensão adotados em redes de distribuição utilizando o fluxo de potência reativa das unidades de GDFV são baseados na interação local e isolada de cada fonte com a rede, sem, no entanto, explorar os potenciais benefícios de uma ação integrada entre elas. Esse trabalho propõe uma estratégia otimizada de regulação de tensão em redes de distribuição com GDFV, com foco no controle de fluxo de potência reativa, baseada em um modelo de arquitetura de comunicação que coordena as interações entre os inversores das unidades de geração distribuída fotovoltaica. Essa arquitetura possibilita a interconexão dos inversores fotovoltaicos de diferentes fabricantes a um sistema de gerência de geração distribuída, de forma que cada unidade de GDFV possa contribuir, de forma coordenada, com a regulação do perfil de tensão, de acordo com a sua capacidade de geração e localização geográfica no barramento de distribuição. A infraestrutura de comunicação proposta é baseada nos requisitos de conectividade e interoperabilidade estabelecidos pelo modelo de referência Smart Grid IEEE 2030 e pela norma internacional IEC 61850. A análise de sensibilidade do desempenho do controle de tensão em redes de distribuição com fontes de GDFV, baseado na co-simulação entre a infraestrutura de energia e a rede de comunicação, mostra a efetividade da estratégia proposta. Cenários de controle de tensão em regime permanente e após ação de reconfiguração da rede (self-healing) são analisados através de um ambiente de simulação suportado por um arranjo especial construído a partir das plataformas PSCAD e MatLAb.

O projeto de um manto eletromagnético envolve fundamentalmente a determinação dos seus materiais. Nesta linha, a técnica de transformação de coordenadas é flexível por se aplicar a diferentes geometrias. Entretanto, o material obtido é desafiador mesmo sob a perspectiva dos metamateriais, uma vez que é não-homogêneo, anisotrópico e singular. Na verdade, invisibilidade e simplicidade nos materiais são atributos conflitantes. Em geometrias arbitrárias, o problema fica ainda mais complexo. Esta tese considera diferentes modelos de mantos e busca ajustar suas características visando um melhor desempenho. A primeira abordagem estudada envolve modelos com camadas puramente dielétricas, para os quais se contribui com a modelagem do alargamento da largura de banda através de uma otimização multi-objetivo. Devido às limitações dos mantos dielétricos em termos de desempenho e geometria, o mapeamento numérico fornecido pela Equação de Laplace se mostra interessante para gerar os materiais de mantos arbitrários. Assim, no intuito de se obter um desempenho satisfatório com mantos mais simples, desenvolveu-se a otimização da técnica de transformação fora do plano do manto, uma vez que esta consegue controlar os materiais do manto em qualquer geometria. Ainda na linha da obtenção de materiais mais simples, contribui-se com o desenvolvimento de um estudo sobre o mapeamento a partir de uma área pequena, com posterior otimização nos materiais discretizados. Para o desenvolvimento desta tese foram modelados mantos com diferentes geometrias e níveis de complexidade.

Este projeto propõe uma arquitetura de um framework para exportar serviços e facilidades para a implementação de sistemas baseados em conhecimento. O framework utiliza conceitos de modelos embrionário, conexionista e evolucionário. Além disso, foram mapeadas correlações entre sistemas computacionais com cognição natural, formação e representação do conhecimento. Desta forma, este framework facilita a implementação de sistemas inteligentes genéricos. A abordagem conexionista emprega aprendizado em conjunto (ensemble learning) pelo seu potencial para se atingir maior precisão e robustez. Aprendizagem em conjunto pode integrar diferentes classificadores baseados em aprendizado de máquina, que estão disponíveis na literatura, e, também, baseados em métodos estatísticos. A abordagem simbólica emprega um processo evolucionário para abstrair a dinâmica do conhecimento. A principal contribuição do projeto consiste na utilização de abordagens simbólica e conexionista para cobrir todos os aspectos de representação do conhecimento. Como resultado, foi implementado um sistema capaz de gerar prognóstico de falhas em transformadores de potência.

Sistemas multiagentes vem recebendo muita atenção nos últimos anos, uma vez que eles são capazes de realizar tarefas ou melhor, ou mais rápido ou até mesmo que são infactíveis para um único agente. Este trabalho apresenta uma formulação baseada em MILP (programação linear inteira mista) para a coordenação de múltiplos robôs que devem percorrer, persistentemente, curvas fechadas com pontos de interseção. A estratégia consiste em um planejamento offline para as velocidades dos robôs de forma que estes não precisam, em tempo real, realizar manobras para evitar colisão. O modelo do robô considera restrições de velocidade mínima e máxima, fato que possibilita a aplicação da estratégia a robôs aéreos de asa fixa. Questões que são usualmente negligenciadas na literatura de sistemas multi-robô são consideradas neste trabalho, a saber: separação espacial mínima; limites de aceleração; e incertezas nas velocidades e posições. Para controlar cada robô no seu caminho específico, uma técnica de campo vetorial guia foi desenvolvida. Neste estágio da dissertação uma melhor representação da dinâmica de um avião é considerada. O modelo de referência utilizado é não holonômico e admite entradas de controle limitadas. Uma estratégia de campo vetorial já consolidada é utilizada para guiar o cálculo das entradas de controle. Convergência assintótica é provada com Teoria de Lyapunov e conjuntos invariantes são encontrados quando distúrbios são levados em consideração. A estratégia de controle desenvolvida também apresenta vantagens sobre trabalhos relacionados. Sua principal característica é a habilidade de lidar com curvas de formato genérico em 3 dimensões. Simulações com até 48 robôs demonstram a eficiência computacional da estratégia de coordenação baseada em MILP. A eficiência do controlador guiado por campo vetorial proposto é demonstrada em simulações com um modelo de aeronave realístico com 6 graus de liberdade e 12 estados. Um experimento real com 3 robôs e-puck é apresentado para validar a estratégia de coordenação e controle de múltiplos robôs em um cenário do mundo real.

Focado em geração solar fotovoltaica na forma de plantas de larga escala, com capacidade instalada maior que 1MW, neste trabalho pretende-se demostrar a incapacidade dos conversores convencionais nelas instalados em lidar com condições ambientais irregulares sobre os arranjos de painéis, como no caso de sombreamento parcial por nuvens. Apesar de elevada eficiência da topologia normalmente utilizada na conversão da energia, as perdas causadas por arranjos grandes e, em consequência, um baixo número de rastreadores do ponto de máxima potência, impactam na energia gerada pela planta. Apresenta-se então uma solução alternativa aos inversores centrais convencionais com o objetivo de agregar ao conversor múltiplas entradas em corrente continua. Consequentemente, há a redução do tamanho dos arranjos de painéis. Os blocos independentes de painéis estão sujeitos a condições de irradiação e temperatura diferentes e, portanto, fornecem níveis de potência diferentes a cada uma das células do conversor. A injeção de potência na rede da concessionária, porém, precisa acontecer de forma equilibrada. A principal diferença dessa implementação e o foco principal deste trabalho estão no controle de um conversor multiníveis de geração desequilibrada por célula, enquanto a requisição de injeção de potência na rede elétrica é equilibrada. Para tal, procura-se, também, apresentar formas para equilibrar a geração do conversor, através do deslocamento de neutro. Por fim, topologias para implementação das células são apresentadas bem como as vantagens agregadas a elas.

Os Controladores Lógicos Programáveis (CLP) foram introduzidos na década de 1960 para realizar a modernização e manutenção do controle, sequenciamento e lógica de intertravamento das plantas industriais e, desde então, tornaram-se indispensáveis na automação e controle industrial. Um CLP é um computador digital construído para operar em ambientes industriais adversos e projetado para ser facilmente operado por equipes de manutenção. Por isso, oferece um conjunto de linguagens de programação direcionadas a esses profissionais. Uma dessas linguagens é a Ladder Diagram (LD), que é baseada na lógica de relés e ainda é uma das linguagens de programação de CLP mais usadas. A verificação dos programas de CLP é imprescindível para garantir a operação segura de plantas industriais e vários trabalhos abordaram esse assunto na literatura. No entanto, os métodos disponíveis para verificação de LD usualmente empregam uma abordagem de modelagem ingênua, não levando em conta a ordem de execução das rungs. Além disso, a maioria deles se concentra apenas nas operações booleanas, que são um subconjunto dos possíveis comandos disponíveis no LD. Este trabalho aborda esses dois problemas, fornecendo uma metodologia completa para traduzir automaticamente programas em Ladder para o NuSMV. A metodologia foi validada com relação à ordem de execução usando exemplos construídos e também construiu-se uma ferramenta para traduzir programas em LD exportado de um CLP amplamente utilizado na indústria para o NuSMV.