Orientador: Paulo Roberto Aguiar / Banca: André Luiz Andreoli / Banca: Danilo Hernane Spatti / Resumo: A dressagem é uma operação muito importante para o processo de retificação. O objetivo desta é recondicionar o rebolo para restabelecer suas características de corte perdidas devido ao desgaste produzido após sucessivos passes. Sistemas de monitoramento que utilizam emissão acústica (EA) têm sido propostos para correlacionar os sinais com diversas condições da ferramenta. Este estudo traz uma nova abordagem de processamento de sinais de EA com o objetivo de identificar o momento correto para finalizar a dressagem, o que é essencial em um sistema de controle automático. A partir dos sinais de EA, coletados em testes de dressagem de rebolo de óxido de alumínio com dressador de ponta única, a análise espectral foi realizada por meio da Densidade Espectral de Potência (PSD, Power Spectral Density), selecionando-se bandas de frequências que melhor caracterizam o processo. O parâmetro estatístico "counts" foi aplicado ao sinal original não filtrado e filtrado nas bandas selecionadas para identificar a condição da ferramenta e, por sua vez, para a implementação de um sistema de monitoramento. Os resultados mostraram uma relação expressiva entre as condições de corte da ferramenta e os sinais processados nas bandas selecionadas. Houve uma grande diferença dos sinais filtrados nas bandas selecionadas e sinais não filtrados, refletindo que os filtrados foram mais eficientes em termos de automação de processos. / Abstract: Dressing is an important operation for the grinding process. Its goal is to recondition the wheel tool to re-establish its cutting characteristics, owing to the wear produced after successive passes. Monitoring systems that use acoustic emission (AE) have been studied to correlate the signals with several tool conditions. This study brings a new approach of processing AE signals with the purpose of identifying the correct moment to stop the dressing, which is essential in an automatic control system. From the AE signals collected in dressing tests with aluminium oxide grinding wheel and single-point dresser, spectral analysis was made through power spectral density, selecting frequencies bands that best characterize the process. The statistical parameter 'counts' was applied to the raw signal unfiltered and filtered in the selected bands in order to identify the tool condition and, in turn, towards a monitoring system implementation. Results showed an expressive relation between tool cutting conditions and processed signals in the selected bands. There was a great disparity of the filtered signals in the selected bands and signals unfiltered, reflecting that the filtered ones were more efficient in terms of process automation. / Mestre

Este trabalho apresenta estudos voltados ao teste de Amplificadores Diferenciais. No primeiro momento, por meio de simulações SPICE, falhas catastróficas são injetadas em dois Amplificadores Diferenciais, projetados para uma tecnologia CMOS de 0,5m com configurações complementares, a fim de comprovar a ocorrência de variações nas tensões DC dos nós do circuito sob teste à medida que há injeções de falhas no mesmo. Também se faz análises preliminares dos resultados para verificar a possibilidade de diagnosticar as falhas através de assinaturas compostas pela digitalização (em um bit) dos valores DC dos nós do circuito sob teste. Posteriormente, é desenvolvida uma metodologia de teste simples e com baixo custo, aplicável a Amplificadores Totalmente Diferenciais. Considerando a necessidade do Circuito de Realimentação de Modo Comum para manter o controle do modo comum das saídas, é proposta a reutilização deste circuito como verificador, possibilitando a observação de falhas ocorridas tanto no Amplificador quanto no próprio bloco de CMFB. Falhas catastróficas e paramétricas são injetadas, por simulação, em dois amplificadores totalmente diferenciais, um projetado em 180nm e outro em 130nm. Testes DC e transientes são realizados e a cobertura de falhas é avaliada. Os resultados das simulações apontam boa cobertura de falhas, enquanto apenas os sinais de realimentação de modo comum precisam ser monitorados. Dessa forma é proposta uma estratégia de teste que apresenta um baixo custo e uma baixa sobrecarga de área do circuito. / This work presents a study related to the testing of Differential Amplifiers. Firstly, by means of SPICE simulations, catastrophic faults are injected in two complementary Differential Amplifiers, designed considering a 0,5μm CMOS technology, in order to prove the concept of testing the circuit by checking the occurrence of variations in the DC voltage of the circuit internal nodes due to the injected faults. The possibility of diagnosing faults using a digitized representation of the DC values of the observed nodes of the circuit was also investigated. Then, a simple and cost-effective test methodology for Fully Differential Amplifiers (FDA) is proposed. Considering the need of the common mode feedback circuit to maintain the control of the common mode output voltage, it is proposed to re-use this circuit as a checker, allowing the observation of faults in both the amplifier itself and the CMFB block. Catastrophic and parametric faults are injected in two FDAs, designed in 180nm and 130nm technology respectively. DC and transient tests are performed and the fault coverage is evaluated. The simulation results indicate high fault coverage, while only the signals from the common mode feedback need to be monitored. This way a low cost and low overhead test methodology is proposed.

Aplicações móveis que não podem ser recarregadas durante operação, como sensores biomédicos e aplicações da Internet das Coisas, dependem da extração de energia do próprio meio onde se encontram. Tensões de alimentação típicas são normalmente maiores que as disponiveis por métodos de extração de energia do meio e requerem uma conversão de nivel DC que invariavelmente resulta em perdas proporcionais ao fator de conversão. Consequentemente, aplicações projetadas para tensões de alimentação mais próximas da tensão nominal da fonte melhora a eficiência energética. Entretanto, topologias de circuitos elétricos para tensões típicas de alimentação sao impróprias para tensões extremamente baixas. Neste trabalho foram propostas topologias de amplificadores de saída unipolar e diferencial para tensões de alimentaçãoo na casa de centenas de milivolts. As técnicas propostas se baseiam no uso de pares pseudodiferenciais com terminais de corpo polarizados diretamente para vários propósitos, incluindo rejeição de modo comum e polarização de modo comum de saída e corrente DC. Adicionalmente, um oscilador baseado na mesmas técnicas de polarização foi proposto e projetado para duas classes de aplicações: um oscilador de referência intrinsicamente estável e um oscilador controlado por tensão para conversão analógica-digital com melhor linearidade. / Nomadic applications which cannot be recharged while at operation, such as biomedical sensors and Internet of Things applications, rely on energy harvesting from the environment. Typical supply voltages are usually higher than those achieved by energy harvesting methods and requires DC-DC conversion levels, which invariably results in energy loss proportionally to the step of voltage conversion. Consequently, designing at supply voltages closer to the nominal voltage of the energy source improves power efficiency. However, extremely low supply voltages bring design challenges, as circuit topologies for typical voltages employ techniques not suitable for extremely low supply voltages. In this work, single ended and fully differential amplifier topologies for voltage supplies in the range of few hundreds mV were proposed. The proposed approaches use the pseudo differential pairs with the transistor bulk terminals with forward biasing voltages for several purposes, including common mode rejection, output common mode voltage and DC current biasing. Additionally, a ring oscillator based in the same biasing techniques was proposed and designed for two main classes of applications: an intrinsically stable reference oscillator and a voltage controlled oscillator for analog-digital conversion with linearity improvements.

Orientador : Prof. Dr. Eduardo Gonçalves de Lima / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 06/03/2015 / Inclui referências / Área de concentração: Telecomunicações / Resumo: Este trabalho se utiliza das redes neurais artificiais (RNAs) não recursivas, com a topologia perceptron de múltiplas camadas (MLP - Multi Layer Perceptron), como ferramenta para a modelagem comportamental das características de transferência direta e inversa de amplificadores de potência (PAs - Power Amplifiers) para sistemas de comunicação sem fio. São propostas duas estruturas MLP, uma para a modelagem comportamental e outra para a extração do inverso do comportamento do PA, usando um pósdistorçor (PoD - Post-Distorter). Ambos novos modelos apresentaram melhor desempenho computacional e menores erros de modelagem que abordagens anteriores. Sobre o teste do modelo comportamental baseado em 2 redes MLP com 1 saída cada, dois resultados importantes foram obtidos: primeiro, com um número semelhante de números de coeficientes, foi observado que o erro quadrático médio normalizado (NMSE - normalized mean square error) diminui de 1,3 dB com a utilização do modelo proposto em comparação com a abordagem tradicional que utiliza 1 rede MLP com 2 saídas; segundo, em uma situação onde os dois modelos alcançaram um NMSE=-40 dB, observou-se que o número de coeficientes de rede do modelo proposto diminuiu em 40% em relação ao modelo tradicional (de 62 para 38 coeficientes de valores reais). No teste dos resultados do modelo PoD proposto, em comparação com a abordagem tradicional em um cenário de mesma quantidade de coeficientes, foram alcançadas melhorias nas métricas NMSE e na relação de potência do erro no canal adjacente (ACEPR - adjacent channel error power ratio) de 21 dB. / Abstract: This work addresses non recursive multi layer perceptron (MLP) artificial neural networks (ANNs) as a tool for the behavioral modeling of the forward and inverse transfer characteristics of power amplifiers (PAs) for wireless communication systems. Two MLP structures are proposed, one for the PA behavioral modeling and another for the extraction of the PA inverse behavior, using a post-distorter (PoD). Both novel approaches have better performance, in terms of modeling accuracy and computational complexity, than previous approaches. Concerning the MLP-based behavioral modeling test, two important results are obtained. First, in case of similar number of network parameters, it is observed that the proposed RNA-based model can reduce the normalized mean-square error (NMSE) by up to 1.3 dB; second, in a situation of comparable modeling accuracy (NMSE = -40 dB), it is observed that the proposed RNA-based model can reduce the number of network parameters by up to 40% (from 62 to 38 real-valued parameters). Concerning the MLP-based PoD test results, in a scenario of similar number of model coefficients, improvements in NMSE and adjacent channel error power ratio (ACEPR) metrics up to 21 dB are achieved by the use of the proposed MLP-based PoD model.

Submitted by Algacilda Conceição (algacilda@sibi.ufrj.br) on 2018-03-05T18:34:16Z No. of bitstreams: 1 118229.pdf: 1121620 bytes, checksum: df4061b57df5cb1690c0b7f43d939e0c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-05T18:34:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 118229.pdf: 1121620 bytes, checksum: df4061b57df5cb1690c0b7f43d939e0c (MD5) Previous issue date: 1967-05-16 / Um método de análise baseado numa relação entre operadores é desenvolvido para sistemas lineares variantes no tempo, que admitam o modelo apresentado. Aplicações deste método são apresentadas, como exemplo, para amplificadores com ganho digitalmente controlado, e amplificadores tipo chopper.

CAPES / Este trabalho apresenta uma estratégia de controle PI adaptativo baseada em curvas de perfil gaussiano, onde os ganhos são função do erro de referência. A estratégia foi aplicada em sistemas de condicionamento de energia. Primeiramente em sistemas de detecção de ângulo de fase (PLL) para sistemas monofásicos, onde foram testados dois sistemas, o pPLL e o DSOGI-pPLL. Foi aplicada posteriormente no controlador de tensão e corrente de um filtro ativo de potência paralelo monofásico. O controlador adaptativo conseguiu melhorar o desempenho do sistema e também reduzir o taxa de distorção harmônica da corrente compensada. / This work presents a strategy of adaptive PI control based on Gaussian profile curves, where the gains are functions of reference error. The strategy was applied in energy conditioning systems. Firstly in a phase-locked loop (PLL) for single phase systems, where two techniques were tested, the pPLL and DSOGI-pPLL. After it was applied in a voltage and current control of single-phase parallel active power filter. The adaptive control was able to improve the system performance and also decrease the total harmonic distortion of compensated current.

Este trabalho apresenta o projeto e implementação de um sistema UPS (Uninterruptible Power Supply) Line-Interactive monofásico com compensação ativa de potência série e paralela, o qual realiza a supressão de harmônicos e compensação de afundamentos e elevações da tensão da rede elétrica, além de manter a tensão na carga regulada. Adicionalmente, a UPS atua na compensação de potência reativa e supressão dos harmônicos de corrente da carga, resultando em uma efetiva correção do fator de potência. Desse modo, com a rede elétrica presente, a UPS opera como filtro ativo universal realizando a compensação da corrente de entrada, bem como da tensão de saída. Quando a rede elétrica está ausente, a UPS alimenta a carga com tensão regulada e com baixa taxa de distorção harmônica. Para este fim, dois conversores monofásicos PWM são empregados, sendo estes chamados de filtro ativo série (FAS), o qual atua como fonte de corrente senoidal e o filtro ativo paralelo (FAP), o qual atua como fonte de tensão senoidal, ambos controlados para operar em fase com a tensão da rede. Com o objetivo de extrair a corrente de referência senoidal de compensação, usada no controle do FAS, é utilizado um algoritmo baseado no sistema de eixo de referência síncrona (SRF-Synchronous Reference Frame). Para a obtenção da referência da tensão senoidal de saída, assim como as coordenadas do vetor unitário síncrono utilizados pelo algoritmo SRF, um sistema de detecção de ângulo de fase (PLL-Phase Locked Loop) monofásico é utilizado. Ensaios experimentais, bem como simulações computacionais são realizados a fim de confirmar o desenvolvimento teórico e avaliar o desempenho dinâmico e estático do sistema UPS. / This work presents a single-phase Line-interactive UPS System implementation with series and parallel active power-line compensation, which performs harmonic suppression and voltage sag/swell compensation of the utility voltage, as well as maintaining the output voltage regulated. Additionally, the UPS performs reactive power compensation and harmonic suppression of the load current, resulting in an effective power-factor correction. Thereby, when the incoming power grid is present, the UPS works as a universal active power filter compensating the input current and output voltage. On the other hand, when an outage occurs, the UPS feeds the load with regulated and harmonic free voltage. For this purpose, two single-phase PWM converters are employed, which are referred as series active power filter (SAPF), which acts as a sinusoidal current source, and parallel active power filter (PAPF), which acts as a sinusoidal voltage source. Both the APFs are controlled to be in phase with the input voltage. In order to extract the sinusoidal compensation reference current, used in SAPF control, an algorithm based on synchronous reference frame (SRF) is used. The sinusoidal output voltage reference and the coordinates of the synchronous vector are obtained by using a phase-locked loop (PLL) algorithm. Experimental results and computational simulations are presented to confirm the theoretical development and evaluate both the dynamic and steady state behavior of the UPS system.

Este trabalho apresenta o projeto e implementação de um sistema UPS (Uninterruptible Power Supply) Line-Interactive monofásico com compensação ativa de potência série e paralela, o qual realiza a supressão de harmônicos e compensação de afundamentos e elevações da tensão da rede elétrica, além de manter a tensão na carga regulada. Adicionalmente, a UPS atua na compensação de potência reativa e supressão dos harmônicos de corrente da carga, resultando em uma efetiva correção do fator de potência. Desse modo, com a rede elétrica presente, a UPS opera como filtro ativo universal realizando a compensação da corrente de entrada, bem como da tensão de saída. Quando a rede elétrica está ausente, a UPS alimenta a carga com tensão regulada e com baixa taxa de distorção harmônica. Para este fim, dois conversores monofásicos PWM são empregados, sendo estes chamados de filtro ativo série (FAS), o qual atua como fonte de corrente senoidal e o filtro ativo paralelo (FAP), o qual atua como fonte de tensão senoidal, ambos controlados para operar em fase com a tensão da rede. Com o objetivo de extrair a corrente de referência senoidal de compensação, usada no controle do FAS, é utilizado um algoritmo baseado no sistema de eixo de referência síncrona (SRF-Synchronous Reference Frame). Para a obtenção da referência da tensão senoidal de saída, assim como as coordenadas do vetor unitário síncrono utilizados pelo algoritmo SRF, um sistema de detecção de ângulo de fase (PLL-Phase Locked Loop) monofásico é utilizado. Ensaios experimentais, bem como simulações computacionais são realizados a fim de confirmar o desenvolvimento teórico e avaliar o desempenho dinâmico e estático do sistema UPS. / This work presents a single-phase Line-interactive UPS System implementation with series and parallel active power-line compensation, which performs harmonic suppression and voltage sag/swell compensation of the utility voltage, as well as maintaining the output voltage regulated. Additionally, the UPS performs reactive power compensation and harmonic suppression of the load current, resulting in an effective power-factor correction. Thereby, when the incoming power grid is present, the UPS works as a universal active power filter compensating the input current and output voltage. On the other hand, when an outage occurs, the UPS feeds the load with regulated and harmonic free voltage. For this purpose, two single-phase PWM converters are employed, which are referred as series active power filter (SAPF), which acts as a sinusoidal current source, and parallel active power filter (PAPF), which acts as a sinusoidal voltage source. Both the APFs are controlled to be in phase with the input voltage. In order to extract the sinusoidal compensation reference current, used in SAPF control, an algorithm based on synchronous reference frame (SRF) is used. The sinusoidal output voltage reference and the coordinates of the synchronous vector are obtained by using a phase-locked loop (PLL) algorithm. Experimental results and computational simulations are presented to confirm the theoretical development and evaluate both the dynamic and steady state behavior of the UPS system.

Foi desenvolvida e construída uma cavidade bombeadora para um meio de ganho de Cr:LiSAF na forma de bastão, bombeado por duas lâmpadas, visando sua operação como amplificador de pulsos ultracurtos a taxas de repetição elevadas, e com redução da carga térmica sobre o meio de ganho. A cavidade e o meio de ganho foram caracterizados sob operação como laser e como amplificador de pulsos ultracurtos. Atuando como laser, obtivemos 30 Hz de taxa de repetição e 20 W de potência média, resultado inédito, e ganho máximo de 1,5 por passagem. Alterando as características do bombeamento, foi possível operar o laser a 8 Hz e 16 W de potência média, com ganho máximo de 3,6 por passagem. A cavidade bombeadora, na configuração de maior ganho, foi integrada e sincronizada a um sistema Chirped Pulse Amplification baseado em cristais de Ti:Safira, concebido e construído visando a sua conjugação com o amplificador de Cr:LiSAF. O amplficiador introduziu um fator de amplificação de 150 em pulsos de 20 ps, produzindo pulsos com potência de pico de 0,5 TW. Também foi apresentada uma nova técnica para medida do limiar de ablação por pulsos ultracurtos, e sua teoria analítica foi desenvolvida. Esta técnica foi utilizada na determinação do limiar de ablação de cristais de Cr:LiSAF no regime de 20 ps. / We have developed and built a pumping cavity for a Cr:LiSAF rod, pumped by two flashlamps, in order to operate it as an ultrashort laser pulse amplifier at the highest possible repetition rate, under reduced thermal load. The pumping cavity and the gain medium were characterized under laser and ultrashort pulse amplifier operation. Operating as a laser, 30 Hz repetition rate and 20 W average power were obtained for the first time at a maximum gain per pass of 1.5. Changing the pumping characteristics, the laser provided 16 W at 8 Hz repetition rate, at a maximum gain of 3.6. The cavity, in the highest gain configuration, was integrated and synchronized to a Ti:Sapphire Chirped Pulse Amplification system, conceived and built to comprise the Cr:LiSAF amplifier. The amplifier provided amplification by a factor 150 to the 20 ps stretched pulses, resulting in pulses with 0.5 TW of peak power. Also, a new technique to measure ultrashort pulses ablation threshold was presented, and its analytical theory was developed. This technique was used to determine the ablation threshold for Cr:LiSAF crystals in the 20 ps regime.

Este trabalho apresenta estudos voltados ao teste de Amplificadores Diferenciais. No primeiro momento, por meio de simulações SPICE, falhas catastróficas são injetadas em dois Amplificadores Diferenciais, projetados para uma tecnologia CMOS de 0,5m com configurações complementares, a fim de comprovar a ocorrência de variações nas tensões DC dos nós do circuito sob teste à medida que há injeções de falhas no mesmo. Também se faz análises preliminares dos resultados para verificar a possibilidade de diagnosticar as falhas através de assinaturas compostas pela digitalização (em um bit) dos valores DC dos nós do circuito sob teste. Posteriormente, é desenvolvida uma metodologia de teste simples e com baixo custo, aplicável a Amplificadores Totalmente Diferenciais. Considerando a necessidade do Circuito de Realimentação de Modo Comum para manter o controle do modo comum das saídas, é proposta a reutilização deste circuito como verificador, possibilitando a observação de falhas ocorridas tanto no Amplificador quanto no próprio bloco de CMFB. Falhas catastróficas e paramétricas são injetadas, por simulação, em dois amplificadores totalmente diferenciais, um projetado em 180nm e outro em 130nm. Testes DC e transientes são realizados e a cobertura de falhas é avaliada. Os resultados das simulações apontam boa cobertura de falhas, enquanto apenas os sinais de realimentação de modo comum precisam ser monitorados. Dessa forma é proposta uma estratégia de teste que apresenta um baixo custo e uma baixa sobrecarga de área do circuito. / This work presents a study related to the testing of Differential Amplifiers. Firstly, by means of SPICE simulations, catastrophic faults are injected in two complementary Differential Amplifiers, designed considering a 0,5μm CMOS technology, in order to prove the concept of testing the circuit by checking the occurrence of variations in the DC voltage of the circuit internal nodes due to the injected faults. The possibility of diagnosing faults using a digitized representation of the DC values of the observed nodes of the circuit was also investigated. Then, a simple and cost-effective test methodology for Fully Differential Amplifiers (FDA) is proposed. Considering the need of the common mode feedback circuit to maintain the control of the common mode output voltage, it is proposed to re-use this circuit as a checker, allowing the observation of faults in both the amplifier itself and the CMFB block. Catastrophic and parametric faults are injected in two FDAs, designed in 180nm and 130nm technology respectively. DC and transient tests are performed and the fault coverage is evaluated. The simulation results indicate high fault coverage, while only the signals from the common mode feedback need to be monitored. This way a low cost and low overhead test methodology is proposed.