[pt] Neste trabalho é desenvolvido um método de análise de ciclo limite devido à quantização, à entrada zero, para redes operando com aritmética em ponto flutuante. Condições de inexistência de ciclo limite são facilmente obtidas via cálculo computacional. O método de análise se aplica a redes genéricas de qualquer ordem. É desenvolvido, em seguida, um método de síntese de redes operando com aritmética em ponto fixo, que são imunes a ciclo limite devido à quantização, à entrada zero, utilizando para isso o conceito de redes estruturalmente passivas. As redes assim sintetizadas apresentam sub-redes estruturalmente LBR ou BR na sua malha de realimentação. São as redes de segunda ordem, sintetizadas pelo método proposto. É provado que algumas dessas redes são também imunes a ciclo limite devido a overflow, à entrada zero e a resposta forçada. / [en] This thesis presents a method for analysis of zero-input limit cycles due to quantization, in digital filters realized with floating point arithmetic. Conditions for absence of limit cycles are easily derived by computational calculus. The method of analysis is applicable to generic structures of any order. Following this, a method is presented a method for the synthesis of digital filters realized with fixed point arithmetic, that are free from zero-input limit cycles due to quantization, using the concept of structurally passive networks. The structures synthetized present sub-filters structurally LBR or BR in the feedback loop. Second order structures are synthetized and studied. It is proved that some of these stuctures are also free from zero-input limit cycles due to overflow and stable to forced response.

[pt] Formulamos um método de análise dos filtros de modos acoplados. Na parte I, apresentamos as ferramentas matemáticas necessárias (teoria dos modos acoplados, teoria dos parâmetros Z, teoria das linhas periódicas). Mostramos, através de exemplos sucessivos, como essas ferramentas podem ser usadas para analisar o comportamento de um tipo particular de filtro de modos acoplados, composto de seções em curto-circuito. O resultado é apresentado em termos de uma função de transferência de potência, relacionando a potência na carga do circuito à potência incidente na entrada do filtro. Construímos o tipo particular de filtro analisado na parte I e verificamos, ma Parte II, através de medidas, a validade de nossas conclusões teóricas. / [en] A method of analysis of coupled-mode filters is developed. In the Part I, the mathematical tools (acoupled-mode theory, theory of Z-parameters, theory of periodic lines) are introduced. It is shown, through sucessive examples, how to use those tools to analyse the behavior of a particular type of coupled-mode filter, which uses short-circuited resonators. The results are in terms of a power transfer function, relating the power in the load of the circuit to the incident power at the imput of the filter. The filter siscussed in Part I has been built and in the Part II it is verified, throug experimental measurements, the validity of our theoretical conclusions.

[pt] A tese Filtros ótimos que conservam qualquer ordem de tendência aborda os fundamentos dos filtros simétricos de Henderson que estão inseridos no contexto de ajuste sazonal, mais especificamente nos métodos da família X11; desenvolve um filtro ótimo, baseado em técnicas do domínio da freqüência, utilizando hipóteses mais amplas que os filtros de Henderson; compara a performance dos dois filtros e propõe um método de ajuste sazonal baseado no filtro ótimo. / [en] The thesis Filtros ótimos que conservam qualquer ordem de tendência (Optimal Filters that Preserve Trend of Any Order), investigates the principles of the Henderson symmetric filters, which are inserted in the context of seasonal adjustment, specifically in the methods of the X11 family; it also develops optimal filters, based on techniques in the Frequency domain, using more general hypothesis than the ones for the Henderson filters; and compares the performance of the both filters and suggests a method of seasonal adjustment based on the optimal filter.

[pt] Neste trabalho investigou-se o emprego dos recentes algoritmos de minimização de funções diferenciáveis para a resolução do problema da síntese de filtros digitais FIR de fase não linear. O problema desta síntese correspondente a um problema de Aproximação de Funções quando o domínio e o contradomínio da função são corpos diferentes, i.e. real e complexo respectivamente. Serão revistos definições e propriedades dos filtros FIR, as técnicas de síntese para o caso de resposta de fase linear e não linear, para a seguir, apresentar a teoria e implementação da Otimização de Funções não Diferenciáveis. Exemplos e extensões desta teoria também serão apresentados / [en] This work will describe the use of the recent techniques of non smooth optimization to the synthesis of non-linear phase FIR filters. The problem of such synthesis corresponds to a problem of Approximation of Functions when the domain and the image sets of the function are different fields, i.e. real and complex respectively. A revision of the theory of FIR filters with a survey of linear and non linear phase usual synthesis techniques will be presented and, a description of the non-smooth optimization theory and implementation, together with design examples will follow. An extension of theories will be suggested.

[pt] As simulações de redes elétricas são atualmente fundamentais para o setor elétrico. Uma de suas principais utilidades é permitir a análise de falhas e ocorrências, que eventualmente passariam despercebidas. Existe atualmente, uma grande variedade de algoritmos para realizar simulações de redes lineares, que correspondem à grande maioria dos testes realizados em uma rede elétrica típica, quando submetidos a situações usuais. Contudo, existem consumidores de grande porte que possuem cargas não-lineares com uma grande influência na rede que a alimenta. Sendo assim, torna-se necessário modelar esta carga não-linear para que possa ser inserida no simulador da rede elétrica. Este trabalho propõe um método para a formulação das equações de estado de redes não-lineares de forma sistemática. A formulação do problema é, neste caso, parte fundamental da sua solução, já que atualmente existem, comercialmente, algoritmos capazes de resolver equações diferenciais não-lineares, como as que serão abordadas. Este trabalho apresenta a simulação de uma rede elétrica contendo sub-redes lineares e sub-redes não-lineares, utilizando um modelo de linhas de transmissão a parâmetros distribuídos através de filtros digitais, permitindo a simulação da subrede linear em taxas mais baixas. / [en] Electrical network simulations are currently very important to the electricity sector. A major benefit from simulations is to permit a deeper insight into faulty network situations, that otherwise could eventually pass unnoticed. Currently, there are many algorithms that simulate linear networks, which comprise the majority of the tests done in a typical network, when subject to normal situations. However, there are large consumers, whose loads are nonlinear. These loads represent large influences to their power feeding network. Thus, it becomes necessary to model this nonlinear sub network so it can be inserted into the electrical network simulator. The purpose of this work is to develop a formulation approach for the nonlinear state equations that represents a nonlinear electrical network. The formulation of the network is, in this case, an essential part of the solution, since there are currently algorithms capable of solving nonlinear differential equations, like the ones that will be studied in this work.

[pt] O objetivo deste trabalho é apresentar alguns resultados referentes ao estudo da sensibilidade da reposta impulsional de sistemas lineares, causais, a tempo discreto e monovariáveis a aproximações nos coeficientes das equações a diferenças finitas que os representam. São estudados primeiramente sistemas variantes no tempo representados por matrizes de estado nas formas canônicas diagonal e de Jordan, sendo analisado o caso invariante como uma particularização. Tais formas canônicas permitem obter diretamente a sensibilidade da resposta impulsional do sistema em relação aos autovalores, que são, no caso de invariância, os pólos do mesmo. A seguir são tratados sistemas variantes no tempo com equações de diferenças finitas de forma qualquer, explorando-se funções de dependência entre os diversos coeficientes. Todo o estudo é baseado em técnicas do domínio do tempo e álgebra matricial. A impossibilidade de se trabalhar de modo simples no domínio da freqüência com sistemas variantes, fez com que este não fosse utilizado nem nos casas particulares da classe mais geral dos sistemas variantes. / [en] The objective of this work is to present some results on the sensitivity of the weighting sequence (impulse response) of linear, causal, monovariable, discrete-time systems to approximations of the coefficients of the difference equations that model them. The first part of the work is devoted to systems represented in canonical representations diagonal and Jordan forms; the time-invariant case is studied as a particularization. These canonical forms allow the sensitivity to be determined as a function of the model eigenvalues and, in the time-invariant case, of the poles of the transfer function. The second part addresses systems represented in general forms. The whole work is based on time-domain techniques. Frequency-domain techniques were not used due to the fact that they are more difficult than in the time-invariant case.

[pt] De modo geral, as análises de estabilidade em filtragem digital adaptativa referem-se a possíveis instabilidades nos algoritmos de adaptação. Entretanto, a estabilização do algoritmo é apenas parte do problema, visto que também deve ser considerada a estabilização das estruturas recursivas onde operam estes algoritmos. Este trabalho discute a estabilização das estruturas recursivas de filtragem digital utilizadas em filtros IIR adaptativos, apresentando soluções para seu emprego em tempo real. A estabilização da estrutura, somada a do algoritmo, tem o objetivo de estabilizar a operação do filtro como um todo. O estudo inicia pela análise dos principais algoritmos para filtros IIR adaptativos, enfatizando o aspecto estabilidade. Desta forma, pode-se atribuir eventuais instabilidades ocorridas na seqüência do trabalho apenas à estrutura, evitando confundi-las com problemas do algoritmo. Na seqüência, é proposto um novo algoritmo que pretende estabilizar as estruturas recursivas dos filtros IIR digitais através de um modelo com estrutura adaptável. O método é baseado na variação percentual da energia do erro, calculada em tempo real. Finalmente, são apresentados alguns exemplos, indicando a viabilidade do método proposto. Eles ainda mostram benefícios adicionais no seu uso no aspecto velocidade de convergência e redução de eventuais polarizações de parâmetros do processo. / [en] The stability analysis in adaptative digital filters is generally referred to possible instabilities in the adaptation algorthms. However, the algorithm stabilization is only part of the problem, because the stabilization of the recursive structures, where this algorithms operate, should be also considered. This work discusses the stabilization of digital filtering recursive structures that are used in adaptative IIR filters, presenting solutions to its use real time. The stabilization of the structure, added to the stabilization of the algorithm, has the objective of stabilizing the whole filter operation. The study begins with the analysis of the main algorithms for adaptive IIR filters, emphasizing the stability aspect. In this way, instabilities wventually occurred in the sequence of the work could be atributed only to the structure, avoiding any confusion with algorithm´s errors. After that, a new algorithm, that intend to stabilize the recursive structures of the digital IIR filters with a adaptable structure model, is proposed. The method is based on the error energy percentage variation, with real time calculation. Finally, some examples are presented, indicating the viability of the proposed method, showing additional benefits in the convergence speed and reduction of the polarization of the process parameters.

[pt] Esse trabalho apresenta o desenvolvimento de uma interface cérebro-máquina (Brain Machine Interface - BMI) como um meio alternativo de comunicação para uso na robótica. O trabalho engloba o projeto e construção de um eletroencefalógrafo (EEG), assim como o desenvolvimento de todos os algoritmos computacionais e demais técnicas necessárias para o reconhecimento de atividades mentais. A interface cérebro-máquina desenvolvida é utilizada para comandar os movimentos de um manipulador robótico MA2000, associando quatro atividades mentais distintas a quatro movimentos do manipulador. A interface baseia-se na análise de sinais eletroencefalográficos, extraindo desses, características que podem ser classificadas como uma atividade mental específica. Primeiramente os sinais EEG são pré-processados, filtrando-se os ruídos indesejados, utilizando filtros espaciais para o aumento da resolução espacial do escalpe, e extraindo-se características relevantes à classificação das atividades mentais. Em seguida, diferentes modelos de classificadores são propostos, avaliados e comparados. Por último, duas implementações dos classificadores são propostas para aumentar o índice de comandos corretos para o manipulador. Em uma das implementações, obtiveram-se taxas de acerto de até 91% dos comandos, enquanto a taxa de comandos incorretos chegou ao mínimo de 1.25% após 400 tentativas de controle do manipulador. / [en] This work presents the development of a brain machine interface as an alternative communication channel to be used in Robotics. It encompasses the implementation of an electroencephalograph (EEG), as well as the development of all computational methods and necessary techniques to identify mental activities. The developed brain machine interface (BMI) is applied to activate the movements of a MA2000 robotic arm, associating four different mental activities to robotic arm commands. The interface is based on EEG signal analyses, which extract features that can be classified as specific mental activities. First, a signal preprocessing is performed from the EEG data, filtering noise, using a spatial filter to increase the scalp signal resolution, and extracting relevant features. Then, different classifier models are proposed, evaluated and compared. Finally, two implementations of the developed classifiers are proposed to improve the rate of successful commands to the robotic arm. In one of the implementations, a rate of successful commands up to 91% was obtained, with wrong commands as low as 1.25%, after 400 attempts to control the robotic arm.

[pt] É feito um estudo da análise da sensibilidade das respostas impulsional e genérica de filtros IIR digitais, lineares, causais, monovariáveis e variantes no tempo modelados por equações de estado, supondo que as matrizes do sistema não se encontram em forma canônica e que, primeiro, não existe relação de dependência entre os parâmetros do sistema e, segundo, existe uma certa relação entre eles (dependência de tempo). Também é feito um estudo da análise de sensibilidade das respostas impulsional e genérica de uma estrutura em cascatas de filtros. / [en] This work presents results on the study of the sensitivity of the impulse response and generic response of linear, time-varying, causal, monovariable IIR digital filters modeled by dynamic equations in noncanonical form. First, all coefficients are considered to be independent of each other. Second, there is relationship among the coefficients (time dependence). It is studied systems of cascated blocks which present quantization in its coefficients.

[pt] Este trabalho apresenta e resolve o problema da determinação das sensibilidades de filtros digitais modelados por equações de estado em forma genérica (não canônica), com relação aos seus coeficientes que são aproximados devido ao tamanho finito da palavra. São consideradas as respostas impulsional e devida a uma excitação qualquer, nos domínios do tempo e da freqüência. / [en] This work presents and solves the problem of determining the sensitivities of digital filters modeled by state variables in generic form (noncanonical), with respect to its coefficients which are approximated due to the finite size of the word. The impulse response, as well as the response due to a generic excitation are considered. Both the time and the frequency domains are studied.