Submitted by Programa de Pós-Graduação Engenharia Elétrica e de Computação (secretaria_ppgeec@sobral.ufc.br) on 2016-12-23T13:03:34Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_lbpdonascimento.pdf: 2804155 bytes, checksum: e94b961aa76d92b8a24289772e7158c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Márcia Sousa (marciasousa@ufc.br) on 2017-01-05T13:40:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_lbpdonascimento.pdf: 2804155 bytes, checksum: e94b961aa76d92b8a24289772e7158c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-05T13:40:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_lbpdonascimento.pdf: 2804155 bytes, checksum: e94b961aa76d92b8a24289772e7158c7 (MD5) Previous issue date: 2016 / Funcap / Linear Quadratic Regulator (LQR) is an important modern control technique with excellent properties associated to robust stability, as it can be applied to complex control systems in order to ensure stability against small perturbations. However, the controller design presents some difficulty regarding the definition of weighting matrices Q and R, which are responsible for ensuring the design specifications, although they require a large search space. Thus, the application of a computational intelligence technique is necessary to perform the optimized search for the aforementioned matrices automatically. For this purpose, the Harmony Search (HS) algorithm has been applied to define the matrices for the LQR controller. HS is a metaheuristic algorithm inspired by musical improvisation as a tool to create new harmonies, which has been widely used by scientific community in recent years and can be applied to this problem. However, some parameters must be defined by empirical means to ensure good convergence. Within this context, this work proposes a novel HS Algorithm that ensures the automatic adjustment of parameters. By adopting the CH-47 helicopter and an inverted pendulum system, several tests involving search and simulation have been performed with three HS algorithms i.e. standard HS and the modified methods known as Improved Harmony Search (IHS) and Statistical Dispersion Harmony Search (DHS). The latter one can be seen as the main contribution of this work, which also compares the results obtained from the HS algorithms. It can be stated that all approaches present satisfactory results when analyzing the system response, although the one introduced in this work presents superior performance in terms of convergence if compared with the consolidated techniques. Keywords: Linear Quadratic Regulator. Search and Optmization. Weighing matrices. Harmony Search Algorithm. / O Regulador Linear Quadrático (LQR) é uma importante técnica do controle moderno com excelentes propriedades de estabilidade robusta, podendo ser aplicado em sistemas de controle complexos, garantindo a estabilidade do sistema frente a pequenas perturbações. O projeto deste controlador possui uma dificuldade na definição das matrizes de ponderação Q e R, as quais fazem com que o sistema atenda as especificações do projeto, entretanto, possuem um grande espaço de busca. Dessa maneira, se fez necessário a aplicação de uma técnica de Inteligência Computacional para realizar, de maneira automática, a busca otimizada dessas matrizes. Visando tal intento, o Algoritmo de Harmônica (HS) foi aplicado na definição das matrizes para o projeto LQR. O HS é uma meta-heurística inspirada na improvisação de músicos na composição de novas harmonias e que tem sido bastante utilizada pela comunidade científica nos últimos anos, inclusive aplicado nesse problema, todavia, ela possui parâmetros que necessitam ser definidos por meios empíricos para garantir uma boa convergência. Dessa forma, é proposto neste trabalho um novo algoritmo de Busca Harmônica que garanta um ajuste automático para seus parâmetros. Através das plantas de um Helicóptero CH-47 e de um Pêndulo Invertido, foram, portanto, realizadas séries de buscas e simulações com três vertentes do HS: o HS padrão, a variação Improved Harmony Search (IHS) e a Busca Harmônica com Dispersão Estatística (DHS), a inovação proposta neste trabalho, e, por conseguinte, foram comparados os resultados obtidos. Os três algoritmos apresentaram resultados satisfatórios quando analisado a resposta transitória dos sistemas, mas em questões de performance e poder de convergência, a metodologia proposta se sobressaiu em relação às técnicas já consolidadas.

Submitted by Geyciane Santos (geyciane_thamires@hotmail.com) on 2015-06-24T12:53:55Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-24T15:01:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-24T15:01:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-24T15:19:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-24T15:19:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / Unmanned aerial vehicles (UAV’s) have been the target of research in many applications where there are hazardous conditions to the integrity of the crew. A great effort has been made to increase the autonomy of UAV’s to perform these missions. In the military domain these studies have shown good results. On the other hand, in civil area, researches are still a challenge, due to the lack of investments for the development and absence of specific rules. However, in some situations, the lack of pilots onboard becomes mission execution a nontrivial task. An example is missions on dense forest environments with, specific feature of the Amazon region. This scenario presents a critical role both in autonomous navigation mode and the remotely operated mode, due to the difficulty of navigation in such environments. The use of planners has enabled obtaining paths or trajectories that satisfy criteria navigation performance meeting the requirements of the mission. In general, a set of points is defined in the vehicle navigation space and the planner finds a path that passes through all of these points, taking into account the constraints of motion, time and / or energy consumption of the vehicle. This work addresses the construction of a path planner for fixed wing UAV navigation in three dimensional spaces about sparse forest regions with restriction of flight due to weather and environmental conditions. Unlike the traditional way, the methodology developed here gets specific points in three-dimensional space regions that favor the criteria for flight safety and maneuverability of the aircraft and also meet the requirements of the mission, paving the way from the interpolation of these points with points crossing the coming mission. Experimental tests by simulation in different scenarios show the applicability of UAVpath planner in actual service security and improving mission performance. / Os veículos aéreos não tripulados (VANT) têm sido alvo de pesquisas em diversasaplicações.Um grande esforço tem sido feito para aumentar a autonomia dos VANT’s ao realizar essas missões. Na área militar essas pesquisas têm mostrados bons resultados, por outro lado, na área civil as pesquisas aindasão um desafio, pela carência de investimentos para o desenvolvimento e falta de regulamentação especifica. No entanto, em algumas situações, a falta de pilotoabordo torna a execução da missão uma tarefa não trivial. Um exemplo disso são missões realizadas sobre ambientes florestais com mata densa, característica especificada Região Amazônica. Este cenárioapresentaum papel crítico tanto no modo de navegação autônoma quanto no modoremotamente operado, devido àdificuldade de navegação em tais ambientes. O uso de planejadores tem viabilizadoa obtenção de caminhos ou trajetórias que satisfaçam critérios de desempenho de navegação atendendo aos requisitos da missão. Em geral, um conjunto de pontos passagem é definido no espaço de navegação do veículo e o planejador encontra um caminho que passa por sobre todos esses pontos, levando em consideração as restrições de movimento, tempo, condições ambientaise/ou o consumo de energia do veiculo.Este trabalhoaborda a construção de um planejador de caminho para navegação do VANT de asa fixa no espaço tridimensional sobre regiões esparsas de florestascom restrição de voo devido àscondições de dirigibilidade, climáticas, ambientais. De maneira diferente das tradicionais, a metodologia aqui desenvolvida obtém pontos específicos em regiões do espaço tridimensional que favoreçam os critérios de segurança do voo e dirigibilidade da aeronave e também atendam aos requisitos da missão, construindo o caminho a partir da interpolação desses pontos com os pontos de passagem oriundos da missão. Testes experimentais por meio de simulaçãoem diferentes cenários mostram à aplicabilidade do planejador de caminho em VANT reais no atendimento a segurançae na melhoria do desempenho da missão.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Diversas das possíveis aplicações da robótica de enxame demandam que cada robô seja capaz de estimar a sua posição. A informação de localização dos robôs é necessária, por exemplo, para que cada elemento do enxame possa se posicionar dentro de uma formatura de robôs pré-definida. Da mesma forma, quando os robôs atuam como sensores móveis, a informação de posição é necessária para que seja possível identificar o local dos eventos medidos. Em virtude do tamanho, custo e energia dos dispositivos, bem como limitações impostas pelo ambiente de operação, a solução mais evidente, i.e. utilizar um Sistema de Posicionamento Global (GPS), torna-se muitas vezes inviável. O método proposto neste trabalho permite que as posições absolutas de um conjunto de nós desconhecidos sejam estimadas, com base nas coordenadas de um conjunto de nós de referência e nas medidas de distância tomadas entre os nós da rede. A solução é obtida por meio de uma estratégia de processamento distribuído, onde cada nó desconhecido estima sua própria posição e ajuda os seus vizinhos a calcular as suas respectivas coordenadas. A solução conta com um novo método denominado Multi-hop Collaborative Min-Max Localization (MCMM), ora proposto com o objetivo de melhorar a qualidade da posição inicial dos nós desconhecidos em caso de falhas durante o reconhecimento dos nós de referência. O refinamento das posições é feito com base nos algoritmos de busca por retrocesso (BSA) e de otimização por enxame de partículas (PSO), cujos desempenhos são comparados. Para compor a função objetivo, é introduzido um novo método para o cálculo do fator de confiança dos nós da rede, o Fator de Confiança pela Área Min-Max (MMA-CF), o qual é comparado com o Fator de Confiança por Saltos às Referências (HTA-CF), previamente existente. Com base no método de localização proposto, foram desenvolvidos quatro algoritmos, os quais são avaliados por meio de simulações realizadas no MATLABr e experimentos conduzidos em enxames de robôs do tipo Kilobot. O desempenho dos algoritmos é avaliado em problemas com diferentes topologias, quantidades de nós e proporção de nós de referência. O desempenho dos algoritmos é também comparado com o de outros algoritmos de localização, tendo apresentado resultados 40% a 51% melhores. Os resultados das simulações e dos experimentos demonstram a eficácia do método proposto. / Many applications of Swarm Robotic Systems (SRSs) require that a robot is able to discover its position. The location information of the robots is required, for example, to allow them to be correctly positioned within a predefined swarm formation. Similarly, when the robots act as mobile sensors, the position information is needed to allow the identification of the location of the measured events. Due to the size, cost and energy source restrictions of these devices, or even limitations imposed by the operating environment, the straightforward solution, i.e. the use of a Global Positioning System (GPS), is often not feasible. The method proposed in this work allows the estimation of the absolute positions of a set of unknown nodes, based on the coordinates of a set of reference nodes and the distances measured between nodes. The solution is achieved by means of a distributed processing strategy, where each unknown node estimates its own position and helps its neighbors to compute their respective coordinates. The solution makes use of a new method called Multi-hop Collaborative Min-Max Localization (MCMM), herein proposed, aiming to improve the quality of the initial positions estimated by the unknown nodes in case of failure during the recognition of the reference nodes. The positions refinement is achieved based on the Backtracking Search Optimization Algorithm (BSA) and the Particle Swarm Optimization (PSO), whose performances are compared. To compose the objective function, a new method to compute the confidence factor of the network nodes is introduced, the Min-max Area Confidence Factor (MMA-CF), which is compared with the existing Hops to Anchor Confidence Factor (HTA-CF). Based on the proposed localization method, four algorithms were developed and further evaluated through a set of simulations in MATLABr and experiments in swarms of type Kilobot robots. The performance of the algorithms is evaluated on problems with different topologies, quantities of nodes and proportion of reference nodes. The performance of the algorithms is also compared with the performance of other localization algorithms, showing improvements between 40% to 51%. The simulations and experiments outcomes demonstrate the effectiveness of the proposed method.

This works proposes a novel methodology for Fault Section Estimation in Power Systems. This document describes a computational tool to assist operators of electrical system in decision-making, thus ensuring the reliability of the energy supply and the reduction of reestablishment time after of fault occurrence. The proposed methodology is based on the interpretation of alarms provided by the Supervisory and Data Acquisition System (SCADA) and the electrical characteristics of the system, as well as impedance of transmission lines and transformers, circuit breakers states and settings of distance protective relays. The methodology is deterministic and uses the interception between zones of distance protective relays as base for the section estimation and the circuit breaker states to associate physically isolated sections in the system after of fault occurrence, making use of a shortest path search algorithm. Possible fault scenarios were simulated on the IEEE-30 Bus System in order to validate the methodology. The results show that the approach can provide satisfactory solutions, even in cases of multiple faults or failure of protections devices. / Este trabalho propõe uma nova metodologia para a estimação da seção de falta em sistemas elétricos de potência. O presente documento descreve uma ferramenta computacional capaz de auxiliar os operadores do sistema elétrico na tomada de decisão, favorecendo a confiabilidade do fornecimento da energia e a redução do tempo de reestabelecimento quando da ocorrência de falta. A metodologia proposta esta baseada na interpretação dos alarmes fornecidos pelo Sistema de Supervisão e Aquisição de dados (SCADA) e nas características elétricas do sistema, assim como impedâncias de linhas de transmissão e transformadores; nos estados dos disjuntores e nos sinais e ajustes dos relés de proteção de distância. A metodologia é determinística e utiliza a intercepção entre as zonas de proteção dos relés de distância como base para a estimação da seção e os estados dos disjuntores para associar as seções fisicamente isoladas no sistema ante a ocorrência de falta, fazendo uso de um algoritmo de busca do caminho mais curto. Possíveis cenários de falta foram simulados no sistema IEEE-30 barras a fim de validar a metodologia. Os resultados mostram que a abordagem consegue fornecer soluções satisfatórias, mesmo em casos de faltas múltiplas ou em caso de falha de dispositivos de proteção.

Submitted by WALDEMAR PEREIRA MATHIAS NETO null (waldemarmathias@gmail.com) on 2016-10-04T02:26:06Z No. of bitstreams: 1 MATHIAS-NETO-TESE-2016.pdf: 2428868 bytes, checksum: 0bbed2a47b06389d32f691db8e5364cd (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-10-07T13:22:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mathiasneto_wp_dr_ilha.pdf: 2428868 bytes, checksum: 0bbed2a47b06389d32f691db8e5364cd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-07T13:22:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mathiasneto_wp_dr_ilha.pdf: 2428868 bytes, checksum: 0bbed2a47b06389d32f691db8e5364cd (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / Fundação de Ensino, Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira (FEPISA) / Os modernos sistemas aéreos de distribuição de energia elétrica são projetados para operar com altos índices de confiabilidade. Todavia, interrupções de fornecimento podem ocorrer a qualquer momento e causadas pelos mais diversos fatores, tais como, vendavais, árvores, ou ainda, colisão de veículos com a rede. Portanto, para garantir o mínimo impacto destas interrupções nos índices de confiabilidade da rede, áreas sem fornecimento devem ser reenergizadas tão rá- pido quanto possível. Este processo de reenergização do sistema é comumente denominado restauração. O principal objetivo do processo de restauração é restabelecer o maior número de cargas, no menor intervalo de tempo possível, por meio de uma sequência de aberturas e fechamentos de chaves de manobras. A existência de um conjunto de chaves seccionadoras estrategicamente posicionadas na rede permite que a estrutura malhada dos sistemas de distribuição opere com topologias radiais. Portanto, a execução de uma sequência de manobras é capaz de alterar a topologia radial da rede e restabelecer as cargas previamente sem fornecimento de energia. Este trabalho propõe uma nova metodologia para solução do problema de restauração de sistemas de distribuição de energia elétrica baseado no uso conjunto da meta-heurística de busca tabu, a representação nó-profundidade (RNP) e seus operadores PAO e CAO. Os operadores da RNP são empregados para originar a vizinhança da meta-heurística de busca tabu. Um novo operador foi introduzido e alterações nos demais operadores foram realizadas para possibilitar soluções factíveis em sistemas com alto carregamento. O problema é formulado através de um modelo não linear inteiro misto e considera a minimização dos custo da interrupção não programada como objetivo do problema. Os limites operacionais da rede são avaliados durante o intervalo previsto para a rede permanecer no estado restaurativo. Estes limites caracterizam as restrições do problema. Ao modelo matemático foi incluído a geração distribuída e cargas remotamente controladas como ferramentas de apoio à restauração. Os geradores distribuídos são modelados através de curvas horárias de geração, em função de sua tecnologia, e as cargas são modeladas através de curvas que consideram o perfil de consumo. Adicionalmente, cargas controladas termostaticamente também foram incluídas ao modelo. Por fim, a técnica de solução proposta é avaliada através de um sistema teste baseado no sistema de distribuição IEEE de 37 barras em oito diferentes cenários. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da metodologia para a solução do problema de restauração de sistemas de distribui- ção. / The modern overhead power distribution systems are designed to operate with high reliability indices. However, power outages may occur at any time and caused by several factors, such aswindstorms, trees or vehicle collision with the network. Therefore, to ensure minimal impact of these interruptions in network reliability indices, out-of-service areas, which are not affected by the permanent fault, should be re-energized as fast as possible. The process of system reenergizing is called restoration. The main purpose of restoration process is to restore the largest amount of load, as fast as possible, through a sequence of switching actions. The existence of several switchgears, strategically allocated in the network, allows the meshed distribution systems work with radial topologies. Therefore, performing a sequence of maneuvers, automatically or manually, may change the radial grid topology and restore the loads previously without a power supply. This work proposes a new methodology to solve the distribution system restoration problem based on the joint use of tabu search meta-heuristic, the node-depth encoding (NDE) and its operators (PAO and CAO). The NDE operators are used to buid the neighborhood of tabu search meta-heuristic. A new operator was introduced and changes in other operators were carried out to allow feasible solutions in systems with heavy loading. The proposed mathematical model minimize the cost of unscheduled outage aim of the problem. The problem of restrictions are characterized by the operating limits of the network and evaluated periodically while the network remains in the restorative state. Additionally, the use of distributed generation and controlled remotely loads are considered to support the restoration tools. The problem is formulated as a nonlinear mixed-integer model. The main goal is minimize the cost of unscheduled interruption. The operating limits of the network are evaluated while it remains in the restorative state.. These limits characterize the constraints of the problem. At the mathematical model was included distributed generation and loads remotely controlled as support tools. The distributed generators are modeled by its hourly curves and the loads are modeled through curves with their consumption profile. Additionally, controlled thermostatically loads were also included into the mathematical model. Finally, the proposed solution is evaluated through a modified test system based on the IEEE 37-bus feeder test system. Eight different scenarios was evaluated. The results indicate the feasibility of the methodology to solve the distribution systems restoration problem. / FEPISA: 011/2011

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:53:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArquivoTotalJoseAlmeida.pdf: 1891145 bytes, checksum: 15212c0ee3aea31416abaeb33cac710c (MD5) Previous issue date: 2013-08-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The research project studied, aimed to apply a forward search algorithm to aid decision making in multivariate statistical process control in the manufacture of crates in a company of plastic products. Besides, the use of principal components analysis (PCA) and the Hotelling T square chart can summarize relevant information of this process. Thus, they were produced two results of considerable importance: the scores of the principal components and an adapted Hotelling T square chart, highlighting the relationship between the ten variables analyzed. The forward search algorithm detects discordant points of the data clustering rest that, when are too far away or have very different characteristics, are called outliers. The BACON algorithm was used for the detection of such occurrences, which part of a small subset demonstrably free of the original data outliers and it goes adding new information, which is not outliers, to this initial subset until no information can more be absorbed. One of the advantages of using this algorithm is that it combats the masking and swamping phenomena that alter the mean and covariance estimates. The research results showed that, for the dataset studied, the BACON algorithm did not detected no dissenting point. A simulation was then developed, using a uniform distribution by obtaining random numbers within a range for modifying the mean and standard deviation values, in order to show that this method is effective in detecting these outliers. For this simulation, they were randomly changed 5% of the mean and the standard deviation values of the original data. The result of this simulation showed that the BACON algorithm is perfectly applicable to this case study, being indicated its use in other processes that simultaneously depend on several variables. / O projeto de pesquisa estudado teve o objetivo de aplicar um algoritmo de busca sucessiva para o auxílio à tomada de decisão no controle estatístico do processo multivariado, na fabricação de garrafeiras em uma empresa de produtos plásticos. Além disso, a utilização das técnicas de análise de componentes principais (ACP) e da carta T² de Hotelling pode sumarizar parte das informações relevantes desse processo. Produziram-se então dois resultados de considerável importância: os escores dos componentes principais e um gráfico T² de Hotelling adaptado, evidenciando a relação entre as dez variáveis analisadas. O algoritmo de busca sucessiva detecta pontos discordantes do restante do agrupamento de dados que, quando se encontram muito distantes ou têm características muito diferentes, são denominados outliers. O algoritmo BACON foi utilizado para a detecção de tais ocorrências, o qual parte de um pequeno subconjunto, comprovadamente livre de outliers, dos dados originais e vai adicionando novas informações, que também não são outliers, a esse subconjunto inicial até que nenhuma informação possa mais ser absorvida. Uma das vantagens da utilização desse algoritmo é que ele combate os fenômenos do mascaramento e do esmagamento que alteram as estimativas da média e da covariância. Os resultados da pesquisa mostraram que, para a o conjunto de dados estudados, o algoritmo BACON não detectou nenhum ponto discordante. Uma simulação foi então desenvolvida, utilizando uma distribuição uniforme através da obtenção de números aleatórios dentro de um intervalo para a modificação dos valores da média e do desvio-padrão, a fim de mostrar que tal método é eficaz na detecção desses pontos aberrantes. Para essa simulação, foram alterados aleatoriamente os valores da média e do desvio-padrão de 5% dos dados originais. O resultado dessa simulação mostrou que o algoritmo BACON é perfeitamente aplicável ao caso estudado, sendo indicada a sua utilização em outros processos produtivos que dependam simultaneamente de diversas variáveis.

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Resumo: Os modernos sistemas aéreos de distribuição de energia elétrica são projetados para operar com altos índices de confiabilidade. Todavia, interrupções de fornecimento podem ocorrer a qualquer momento e causadas pelos mais diversos fatores, tais como, vendavais, árvores, ou ainda, colisão de veículos com a rede. Portanto, para garantir o mínimo impacto destas interrupções nos índices de confiabilidade da rede, áreas sem fornecimento devem ser reenergizadas tão rá- pido quanto possível. Este processo de reenergização do sistema é comumente denominado restauração. O principal objetivo do processo de restauração é restabelecer o maior número de cargas, no menor intervalo de tempo possível, por meio de uma sequência de aberturas e fechamentos de chaves de manobras. A existência de um conjunto de chaves seccionadoras estrategicamente posicionadas na rede permite que a estrutura malhada dos sistemas de distribuição opere com topologias radiais. Portanto, a execução de uma sequência de manobras é capaz de alterar a topologia radial da rede e restabelecer as cargas previamente sem fornecimento de energia. Este trabalho propõe uma nova metodologia para solução do problema de restauração de sistemas de distribuição de energia elétrica baseado no uso conjunto da meta-heurística de busca tabu, a representação nó-profundidade (RNP) e seus operadores PAO e CAO. Os operadores da RNP são empregados para originar a vizinhança da meta-heurística de busca tabu. Um novo operador foi introduzido e ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Diversas das possíveis aplicações da robótica de enxame demandam que cada robô seja capaz de estimar a sua posição. A informação de localização dos robôs é necessária, por exemplo, para que cada elemento do enxame possa se posicionar dentro de uma formatura de robôs pré-definida. Da mesma forma, quando os robôs atuam como sensores móveis, a informação de posição é necessária para que seja possível identificar o local dos eventos medidos. Em virtude do tamanho, custo e energia dos dispositivos, bem como limitações impostas pelo ambiente de operação, a solução mais evidente, i.e. utilizar um Sistema de Posicionamento Global (GPS), torna-se muitas vezes inviável. O método proposto neste trabalho permite que as posições absolutas de um conjunto de nós desconhecidos sejam estimadas, com base nas coordenadas de um conjunto de nós de referência e nas medidas de distância tomadas entre os nós da rede. A solução é obtida por meio de uma estratégia de processamento distribuído, onde cada nó desconhecido estima sua própria posição e ajuda os seus vizinhos a calcular as suas respectivas coordenadas. A solução conta com um novo método denominado Multi-hop Collaborative Min-Max Localization (MCMM), ora proposto com o objetivo de melhorar a qualidade da posição inicial dos nós desconhecidos em caso de falhas durante o reconhecimento dos nós de referência. O refinamento das posições é feito com base nos algoritmos de busca por retrocesso (BSA) e de otimização por enxame de partículas (PSO), cujos desempenhos são comparados. Para compor a função objetivo, é introduzido um novo método para o cálculo do fator de confiança dos nós da rede, o Fator de Confiança pela Área Min-Max (MMA-CF), o qual é comparado com o Fator de Confiança por Saltos às Referências (HTA-CF), previamente existente. Com base no método de localização proposto, foram desenvolvidos quatro algoritmos, os quais são avaliados por meio de simulações realizadas no MATLABr e experimentos conduzidos em enxames de robôs do tipo Kilobot. O desempenho dos algoritmos é avaliado em problemas com diferentes topologias, quantidades de nós e proporção de nós de referência. O desempenho dos algoritmos é também comparado com o de outros algoritmos de localização, tendo apresentado resultados 40% a 51% melhores. Os resultados das simulações e dos experimentos demonstram a eficácia do método proposto. / Many applications of Swarm Robotic Systems (SRSs) require that a robot is able to discover its position. The location information of the robots is required, for example, to allow them to be correctly positioned within a predefined swarm formation. Similarly, when the robots act as mobile sensors, the position information is needed to allow the identification of the location of the measured events. Due to the size, cost and energy source restrictions of these devices, or even limitations imposed by the operating environment, the straightforward solution, i.e. the use of a Global Positioning System (GPS), is often not feasible. The method proposed in this work allows the estimation of the absolute positions of a set of unknown nodes, based on the coordinates of a set of reference nodes and the distances measured between nodes. The solution is achieved by means of a distributed processing strategy, where each unknown node estimates its own position and helps its neighbors to compute their respective coordinates. The solution makes use of a new method called Multi-hop Collaborative Min-Max Localization (MCMM), herein proposed, aiming to improve the quality of the initial positions estimated by the unknown nodes in case of failure during the recognition of the reference nodes. The positions refinement is achieved based on the Backtracking Search Optimization Algorithm (BSA) and the Particle Swarm Optimization (PSO), whose performances are compared. To compose the objective function, a new method to compute the confidence factor of the network nodes is introduced, the Min-max Area Confidence Factor (MMA-CF), which is compared with the existing Hops to Anchor Confidence Factor (HTA-CF). Based on the proposed localization method, four algorithms were developed and further evaluated through a set of simulations in MATLABr and experiments in swarms of type Kilobot robots. The performance of the algorithms is evaluated on problems with different topologies, quantities of nodes and proportion of reference nodes. The performance of the algorithms is also compared with the performance of other localization algorithms, showing improvements between 40% to 51%. The simulations and experiments outcomes demonstrate the effectiveness of the proposed method.