Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2013-01-28T18:16:37Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AplicacaoSensoresVirtuais.pdf: 9054333 bytes, checksum: f79560bbe3c6335b7cfbaf8594f9b28b (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-01-29T14:48:19Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AplicacaoSensoresVirtuais.pdf: 9054333 bytes, checksum: f79560bbe3c6335b7cfbaf8594f9b28b (MD5) / Made available in DSpace on 2013-01-29T14:48:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AplicacaoSensoresVirtuais.pdf: 9054333 bytes, checksum: f79560bbe3c6335b7cfbaf8594f9b28b (MD5) Previous issue date: 2009 / As indústrias buscam a todo o momento reduzir seus gastos operacionais para aumentar seus lucros e sua competitividade. Uma boa gestão é o fator mais importante, porém uma boa gestão é feita com auxílio de ferramentas que permitam o acesso às informações relevantes para o processo, que tenham bastante influência na tomada de decisões estratégicas, com o menor custo possível. O uso de sensores virtuais tem sido aplicado cada vez mais nas indústrias. Por ser flexível, ele pode ser adaptado a qualquer tipo de medição, promovendo uma redução de custos operacionais sem comprometer, e em alguns casos até melhorar, a qualidade da informação gerada. Como estão totalmente baseados em software, não estão sujeitos a danos físicos como os sensores reais, além de permitirem uma melhor adaptação a ambientes hostis e de difícil acesso. A razão do sucesso destes tipos de sensores é a utilização de técnicas de inteligência computacional, as quais têm sido usadas na modelagem de vários processos não lineares altamente complexos. Atualmente, muitas indústrias já utilizam com sucesso os sensores virtuais, e este trabalho explora a sua utilização, em conjunto com as Redes Neurais Artificiais, em um processo químico em uma importante indústria de alumínio brasileira cujo controle é muito difícil pois é muito difícil extrair medidas da planta dada sua natureza corrosiva e cujas medições exigem certo custo operacional além de estarem sujeitas a ruídos. A aplicação dos sensores virtuais poderá reduzir os intervalos de medições bem como os custos operacionais. Ao longo deste trabalho será apresentada a metodologia de como projetar o sensor virtual utilizando o processo químico como estudo de caso, seguindo a literatura recomendada. / Nowadays, industries worldwide are looking forward to enlarge their profits and become more competitive. A good management is a key factor to accomplish the company’s target, however all management decisions are supported by tools that provide good and relevant information for the process, which usually influences decision making strategically. Soft Sensors have been applied in industries which are aiming that target and its use has been growing lately. A soft sensor can be adapted to any application regarding variable measurement, therefore reducing operational costs without compromising the current information quality, and in some cases, better results can be obtained. Since they are software based, they are not subjected to physical damages as real sensors are, so they can be adapted virtually to hostile environments. The key of this kind of sensor success is the use of computational intelligence techniques, which has been heavily used in nonlinear and highly complex process modeling. Currently, many industries already use them successfully, and this work exploits its use with Neural Networks in a chemical process in an important Brazilian Aluminum Smelter whose control is very hard to maintain once it is not easy to retrieve information from the plant due to its corrosive nature and whose measurements require some operational resources. The usage of soft sensors within it may reduce costs and delays of measures drastically. A case of use of the soft sensor for temperature measure is presented on this work, since its design through implementation at production, according to a researched methodology.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2013-01-28T18:33:26Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_TecnicaProjetoControlador.pdf: 2000520 bytes, checksum: 942d22022a215b6cc54369b0f076121f (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-01-29T15:25:42Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_TecnicaProjetoControlador.pdf: 2000520 bytes, checksum: 942d22022a215b6cc54369b0f076121f (MD5) / Made available in DSpace on 2013-01-29T15:25:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_TecnicaProjetoControlador.pdf: 2000520 bytes, checksum: 942d22022a215b6cc54369b0f076121f (MD5) Previous issue date: 2010 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este trabalho investiga uma estratégia de controle fuzzy Takagi-Sugeno aplicada ao controle de velocidade do motor de indução. A estratégia implementa uma interpolação ponderada entre um conjunto de controladores locais previamente projetados. Ao ocorrer variações nas condições operacionais do motor de indução, os ganhos da lei de controle são ajustados automaticamente, de modo a manter satisfatório o desempenho do sistema de controle. Para o projeto do controlador fuzzy a representação em espaço de estados da planta foi considerada sob a forma de um sistema aumentado, incluindo-se uma nova variável de estado que, nesse caso, foi selecionada como sendo a integral do erro de velocidade. Tal formulação permitiu o projeto de controladores locais com a estrutura PI, através de realimentação completa de estados, com posicionamento de pólos. Como variáveis de operação para o chaveamento fuzzy dos controladores locais, foram selecionados as variáveis velocidade angular do rotor e a componente da corrente de estator responsável pelo torque elétrico do motor. Em seguida, a estabilidade do controlador fuzzy Takagi- Sugeno projetado foi comprovada através do critério de Lyapunov, para isso o problema de estabilidade foi escrito na forma de LMIs. O desempenho do controlador fuzzy Takagi-Sugeno foi avaliado através de estudos de simulação, e seus resultados comparados ao desempenho de um controlador PI convencional, para a regulação da velocidade do rotor. Os resultados obtidos nas simulações mostram que o emprego da estratégia proposta torna o sistema mais robusto a variações paramétricas no sistema de acionamento. / This paper investigates a strategy for Takagi-Sugeno fuzzy control applied to speed control of induction motor. The strategy implements a weighted interpolation between a set of local controllers previously designed. When changes occur in the operational conditions of the induction motor, the gains of the control law are adjusted automatically to maintain satisfactory performance of the control system. For controller design the fuzzy state space representation of the plant was considered in the form of an augmented system, including a new state variable which in this case, was selected as the integral of speed error. This formulation allowed the design of local controllers with the structure PI, through state feedback with pole placement. As variables of operation for the switching fuzzy controllers local variables were selected angular velocity and stator current component responsible for torque electric, expressed in a frame rotating synchronously with the rotor flux. Then, the stability of Takagi-Sugeno fuzzy controller designed was assured by the Lyapunov criterion, in the form of LMIs. The performance of the Takagi-Sugeno fuzzy controller was assessed through simulation studies and their results compared to the performance of a conventional PI controller, for regulating the rotor speed. The results obtained in simulation tests show that employing the proposed strategy makes the system more robust to parametric variations in the drive system.

Submitted by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2011-03-30T15:51:33Z No. of bitstreams: 2 QUEIROZ, Normando Pantoja PPGEngenharia Elétrica.pdf: 7698967 bytes, checksum: 7bce9be5e52aab714d911f796b72f843 (MD5) license_rdf: 22876 bytes, checksum: 0a4e855daae7a181424315bc63e71991 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-03-30T15:51:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 QUEIROZ, Normando Pantoja PPGEngenharia Elétrica.pdf: 7698967 bytes, checksum: 7bce9be5e52aab714d911f796b72f843 (MD5) license_rdf: 22876 bytes, checksum: 0a4e855daae7a181424315bc63e71991 (MD5) Previous issue date: 2009 / This work has as main objective to make a study about a system of data communication, using the power network between equipment as the physical media in a harsh industrial environment. In this case, it was implemented a pilot project in an alumina refinery, located in Barcarena in Para state, in a bauxite stacking movable machine, which had a system of data communication via radio, where many communication failures occurred due to electromagnetic interference, RFI, etc., prejudicing the process of production of the refinery. As an alternative, it will be presented the use of a technology more immune to interference which can improve the performance of the system for communication between equipment. This is the technology PLC - Power Line Communication, which is full-duplex and uses OFDM modulation, which reduces the undesirable effect of interference. In the conclusion, some comments were made to the obtained results and the expected ones about the reliability of the technology and its use for future applications in several areas where this technical can be used. / Este trabalho tem como principal objetivo fazer um estudo sobre um sistema comunicação de dados, utilizando-se a rede elétrica existente entre equipamentos, como meio físico em um ambiente industrial inóspito. Nesse caso, foi implementado um piloto em uma refinaria de alumina, localizada em Barcarena no estado do Pará, em uma máquina móvel de empilhamento de bauxita, que possuía um sistema de comunicação de dados via rádio, no qual ocorriam muitas falhas de comunicação devido às interferências eletromagnéticas, RFI, etc. prejudicando o processo de produção da refinaria. Como alternativa, apresentar-se-á uma tecnologia menos susceptível a problema da interferência que permite melhorar o desempenho do sistema de comunicação entre equipamentos. Trata-se da tecnologia PLC - Power Line Communication- que é full-duplex e utiliza modulação OFDM, o que reduz o efeito indesejável de interferências. Na conclusão, foram feitos comentários pertinentes aos resultados obtidos e os esperados acerca da confiabilidade da tecnologia, bem como sua utilização para futuras aplicações, nas diversas áreas onde a mesma pode ser utilizada. / Alunorte - Alumina do Norte do Brasil S.A.

[pt] Veículos autônomos ou Higly Automated Vehicles (HAVs) vêm trazendo novos paradigmas para o campo da ergonomia automotiva. A partir do momento em que motoristas se encontram fora de um loop contínuo de tomada de decisão, suas capacidades de retomada de controle manual do veículo durante situações de emergência são comprometidas. Para mitigar este problema, muitos autores acreditam que um maior entendimento dos padrões de aquisição de informação durante retomadas de controle em automação veicular pode fornecer insumos para a concepção de ferramentas designadas a auxiliar o motorista nesta tarefa, ao fornecer informações relevantes em momentos de necessidade. Baseado nestas questões, esta pesquisa visou categorizar o acesso de motoristas a diferentes informações oferecidas em interfaces de veículos autônomos durante a retomada de controle em diferentes níveis de automação. A pesquisa abordou o problema por meio de experimentos em simuladores de condução, onde motoristas foram expostos a diferentes cenários de retomada de controle, e seu seus padrões de olhar foram avaliados, para se testar a hipótese de que eles geralmente acessam a informação presente na interface apenas durante a retomada de controle em si, para checar o estado do sistema. Os resultados sugerem que o olhar do motorista está sujeito a influência de dois fatores: nível de automação e tarefa desempenhada. Foi observado que uma maior a quantidade de informação oferecida na interface aumenta concentração de olhares do motorista nesta região. Informações ativas sobre o ambiente melhoraram o desempenho do motorista durante as retomadas, porém tal benefício não se refletiu em uma maior usabilidade percebida. / [en] Highly automated vehicles (HAVs) are bringing new perspectives for the field of automotive ergonomics. By the time the driver is not constantly on the decision-making loop of the task, his/her performance for resuming control of the automation in safety-critical situations seems to be diminished. To mitigate this problem, many authors believe that by understanding drivers information scanning patterns and decision-making process during transitions of control in vehicle automation it is possible to design tools better adapted to support them in this activity, by providing relevant information in appropriate times. Based on this issue, this research aimed to categorize driver s reliance on the different information provided by the system s HMI during transitions of control in different levels of automation. The research followed a driving simulator experimental approach, where drivers were exposed to different take-over scenarios and their gaze behaviour was measured to test the hypothesis that they generally rely on information on the road to gain situation awareness, and only access the information on the HMI in cases of transitions of control, to check the system status. The results suggest that driver s gaze behaviour patterns are susceptible to influence of two main factors: the level of automation and the task in hand. It was observed that the more information presented on the HMI, the more drivers will look at it. Active information about the road environment have enhanced drivers performance during transitions of control, but it was not reflected in terms of perceived usability of the systems.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2016-12-09T15:11:41Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ControleInteligenteLQR.pdf: 2310311 bytes, checksum: 11af2680d8c53f2af5c55aa84abe2822 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2016-12-15T12:03:10Z (GMT) / Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2016-12-15T13:34:29Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ControleInteligenteLQR.pdf: 2310311 bytes, checksum: 11af2680d8c53f2af5c55aa84abe2822 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2016-12-15T14:00:21Z (GMT) / Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2016-12-15T14:24:22Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ControleInteligenteLQR.pdf: 2310311 bytes, checksum: 11af2680d8c53f2af5c55aa84abe2822 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2016-12-19T13:20:56Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ControleInteligenteLQR.pdf: 2310311 bytes, checksum: 11af2680d8c53f2af5c55aa84abe2822 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-19T13:20:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ControleInteligenteLQR.pdf: 2310311 bytes, checksum: 11af2680d8c53f2af5c55aa84abe2822 (MD5) Previous issue date: 2008-08-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta tese é apresentado um modelo neuro-genético, orientado a síntese de controladores no espaço de estado baseado no projeto do Regulador Linear Quadrático, para alocação de autoestrutura em sistemas dinâmicos multivariáveis. O modelo neuro-genético representa uma fusão de um algoritmo genético e uma rede neural recorrente para realizar a seleção das matrizes de ponderação e resolver a equação algébrica de Riccati, respectivamente. Um modelo de 6a ordem de uma aeronave, um modelo de 6a ordem de um gerador de indução duplamente alimentado de uma planta eólica e um modelo de 4a ordem de um circuito elétrico, são usados para avaliar a fusão dos paradigmas de inteligência computacional e o desempenho da metodologia do projeto de controle. O desempenho dos modelos neuro-genéticos são avaliados por momentos estatísticos de primeira e segunda ordem para o algoritmo genético, enquanto que a rede neural é avaliada por superfícies da função energia e da norma do infinito da equação algébrica de Riccati. São feitas comparações com o método de Schur. / In this thesis is presented a neural-genetic model, oriented to state space controllers synthesis, based on the Linear Quadratic Regulator design, for eigenstructure assignment of multivariable dynamic systems. The neural-genetic model represents a fusion of a genetic algorithm and a recurrent neural network to perform the weighting matrices selection and the algebraic Riccati equation solution, respectively. In order to a assess the LQR design, the procedure was applied in a 6th order aircraft model, 6th order doubly fed induction generator model of a wind plant and a 4th order electric circuit model which were used to evaluate the fusion of the computational intelligence paradigms and the control design method performance.The performance of the neural-genetic models are evaluated by the first and second statistics moments for the genetic algorithm, whereas the neural network is evaluated by surfaces of the energy function and of the norm of the infinity of the algebraic equation of Riccati and the results compared to the results obtained by using Schur’s Method.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SUZANA RIBAS DE ALMEIDA.pdf: 2655112 bytes, checksum: 346dca905796b24136deb70b7263fb5b (MD5) Previous issue date: 2012-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nowadays the competition between companies is increasing. In a production system, efficiency, speed and flexibility are important means for cost reductions. The complexity of automation systems has been increasing, which makes necessary the implementation of more efficient control programs, free of errors and easy to maintain. However, in most practical applications the solution of these problems is dependent on designer's experience and doesn t follow a formal methodology, which results in programs with errors and difficulties to understand and maintain, since only the designer understands the adopted solutions. The Supervisory Control Theory (SCT) is a method extensively researched in academic circles for the synthesis of control logic of automated systems. It allows control problems to be solved in a formal way, ensuring a minimally restrictive and no blocking solution that meets the control specifications. However, this theory is not widely used in industrial environments yet, once the methods for implementation of supervisors obtained by TCS are still deficient. Thus, the intention of this Dissertation consists of showing a methodology for implementation of supervisory control in Programmable Logic Controllers (PLCs). In this work, the synthesis of supervisors is made in accordance to local modular approach, which brings the benefits of a formal methodology and allows exploring the modularity of the plant and the control specifications. The implementation is based on an architecture structured in three levels: supervisor, interface and system to be controlled. For the implementation in CLP three different programming languages are applied: the high-level languages Sequential Function Charts (SFC) and Structured Text and the low-level Ladder Diagram language in some parts. The development of the methodology was based on two works: a doctoral thesis by Vieira (2007) and master thesis by Cruz (2011) and brought together the advantages presented in each one of these. To compare the proposed methodology and the two mentioned methods, several tests were made on a manufacturing cell available at PUCPR and simulations on a PLC and computer as well. The results show that the use of the methodology proposed in this work makes possible to implement PLC programs that are able to treat all non-controllable events occurred in the system to be controlled and treat one controllable event by each control cell in the same scan cycle. Furthermore, the use of high-level languages results in a program of easier interpretation and maintenance, also enabling reutilization of codes. In this work some problems related to CLPs implementations are also showed and proposals for solving them are presented, as properties as well that, if accepted, ensure that the problem does not occur. / Hoje em dia a competitividade entre as empresas está cada vez maior. Em um sistema de produção, a eficácia, a velocidade e a flexibilidade são importantes, pois significam redução de custos. Os sistemas de automação atuais estão cada vez mais complexos, justificando a necessidade de programas de controle mais eficientes, sem erros e de fácil manutenção. Entretanto, na maioria das aplicações práticas a solução destes problemas é feita com base na experiência do projetista, não seguindo uma metodologia formal, o que resulta em programas com erros e de difícil entendimento e manutenção, uma vez que só o projetista entende perfeitamente as soluções adotadas. A Teoria de Controle Supervisório (TCS) é um método para a síntese da lógica de controle de sistemas automatizados. Ela permite que problemas de controle sejam solucionados de modo formal, garantindo uma solução minimamente restritiva e não bloqueante e que atenda às especificações de controle. Entretanto, esta teoria ainda não é amplamente adotada em ambientes industriais, sendo a carência de métodos de implementação dos supervisores obtidos via TCS um elemento que contribui para que isso aconteça. Assim, esta dissertação se propõe a apresentar uma metodologia de implementação de controle supervisório em Controladores Lógicos Programáveis (CLPs). Neste trabalho, a síntese de supervisores é feita de acordo com a abordagem modular local, que traz os benefícios de uma metodologia formal e ainda permite explorar a modularidade da planta e das especificações de controle. A implementação é baseada numa arquitetura estruturada em três níveis: supervisor, interface e sistema a ser controlado. Para a implementação em CLP são empregadas três linguagens distintas de programação, as linguagens de alto nível Sequential Function Charts (SFC) e Structured Text, bem como a linguagem Ladder Diagram em algumas partes. O desenvolvimento da metodologia foi baseado em dois trabalhos: a tese de doutorado de Vieira (2007) e a dissertação de mestrado de Cruz (2011) e permitiu reunir as vantagens apresentadas em cada um destes. Para comparação entre a metodologia proposta e as duas metodologias citadas, foram feitos diversos testes em uma célula de manufatura existente na PUCPR, bem como simulações em CLP e em computador. Os resultados mostram que a metodologia proposta neste trabalho permite a implementação de programas em CLP que, num mesmo ciclo de varredura, são capazes de tratar todos os eventos não controláveis ocorridos na planta e ainda um evento controlável por célula de controle. Além disso, o uso de linguagens de alto nível resulta em um programa de mais fácil interpretação e manutenção, possibilitando ainda o reaproveitamento de códigos. Nesta dissertação também são abordados alguns problemas de implementação da estrutura de controle supervisório em CLPs, apresentando-se propostas para solucioná-los, bem como propriedades que, se atendidas, garantem que o problema não ocorra.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandre Pinotti.pdf: 2613359 bytes, checksum: 2102dc273398a9bfa8e51bb28b5fded1 (MD5) Previous issue date: 2012-12-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a method for embedded systems design based on the Supervisory Control Theory for Discrete-Event Systems. The method is composed of steps comprising the specification phase until the approval of the control system. The conception phase is based on the local modular approach for the synthesis of minimally restrictive supervisors that constrains the plant behavior by disabling controllable events and are nonblocking with respect to the set of marked states. The method also includes an implementation architecture for the supervisory control applied to microcontrollers to solve problems such as causality, choice and inexact synchronization. An interface concentrates all controllable and uncontrollable events generation. It deals with the choice problem when reduced supervisors are implemented, randomly choosing one controllable event among the possible ones. This dissertation also presents a tool developed for the automatic code generation of the proposed implementation structure. The main module code is generated to be independent of the number of supervisors and plant models, that is, is the same for any control application. The tool is used to obtain the control applied to a case study and also for the temperature control of a commercial refrigerator. The control system has been validated using the same tools applied for the validation of household appliances at Whirlpool Corporation / Neste trabalho é proposto um método de projeto para sistemas embarcados concebido com base na Teoria de Controle Supervisório de Sistemas a Eventos Discretos. O método é composto por etapas que vão desde a especificação até a aprovação do sistema de controle. A etapa de concepção do método utiliza da abordagem modular local para síntese de supervisores minimamente restritivos que limitam o comportamento da planta através da desabilitação de eventos controláveis e são não bloqueantes em relação ao conjunto de estados marcados. O método ainda inclui uma arquitetura de implementação do controle supervisório direcionada para microcontroladores, visando solucionar os problemas da causalidade, escolha e sincronização inexata. Uma interface é concebida para concentrar a geração de eventos controláveis e não controláveis. Apresenta-se uma solução para o problema da escolha quando são implementados supervisores reduzidos sendo tal escolha realizada de modo online definindo um evento controlável, entre os possíveis, de forma aleatória. Apresenta-se uma ferramenta desenvolvida para a geração de código baseada na estrutura de implementação proposta. O código do módulo principal é gerado de forma a ser independente do número de supervisores e modelos de planta envolvidos, sendo o mesmo para qualquer aplicação de controle. Utiliza-se a ferramenta para obtenção do código da lógica de controle em um estudo de caso e para a regulação de temperatura em um refrigerador comercial. A validação do controle é realizada utilizando-se de ferramentas aplicadas à validação de eletrodomésticos da linha branca na Whirlpool Eletrodomésticos.

As patologias que afetam a laringe estão aumentando consideravelmente nos últimos anos devido à condição da sociedade atual onde há hábitos não saudáveis como fumo, álcool e tabaco e um abuso vocal cada vez maior, talvez por conta do aumento da poluição sonora, principalmente nos grandes centros urbanos. Atualmente o exame utilizado pela endoscopia per-oral, direcionado a identificar patologias de laringe, são a videolaringoscopia e videoestroboscopia, ambos invasivos e por muitas vezes desconfortável ao paciente. Buscando melhorar o bem estar e minimizar o desconforto dos pacientes que necessitam submeter-se a estes procedimentos, este estudo tem como objetivo reconhecer padrões que possam ser aplicados à identificação de patologias de laringe de modo a auxiliar na criação de um novo método não invasivo em substituição ao método atual. Este trabalho utilizará várias configurações diferentes de redes neurais. A primeira rede neural foi gerada a partir de 524.287 resultados obtidos através das configurações k-k das 19 medidas acústicas disponíveis neste trabalho. Esta configuração atingiu uma acurácia de 99,5% (média de 96,99±2,08%) ao utilizar uma configuração com 11 e com 12 medidas acústicas dentre as 19 disponíveis. Utilizando-se 3 medidas rotacionadas (obtidas através do método de componentes principais), foi obtido uma acurácia de 93,98±0,24%. Com 6 medidas rotacionadas, o resultado obtido foi de acurácia foi de 94,07±0,29%. Para 6 medidas rotacionadas com entrada normalizada, a acurácia encontrada foi de 97,88±1,53%. A rede neural que fez 23 diferentes classificações, voz normal mais 22 patologias, mostrou que as melhores classificações, de acordo com a acurácia, são a da patologia hiperfunção com 58,23±18,98% e a voz normal com 52,15±18,31%. Já para a pior patologia a ser classificada, encontrou-se a fadiga vocal com 0,57±1,99%. Excluindo-se a voz normal, ou seja, utilizando uma rede neural composta somente por vozes patológicas, a hiperfunção continua sendo a mais facilmente identificável com uma acurácia de 57,3±19,55%, a segunda patologia mais facilmente identificável é a constrição ântero-posterior com 18,14±11,45%. Nesta configuração, a patologia mais difícil de se classificar continua sendo a fadiga vocal com 0,7±2,14%. A rede com re-amostragem obteve uma acurácia de 25,88±10,15% enquanto que a rede com re-amostragem e alteração de neurônios na camada intermediária obteve uma acurácia de 21,47±7,58% para 30 neurônios e uma acurácia de 18,44±6,57% para 40 neurônios. Por fim foi feita uma máquina de vetores suporte que encontrou um resultado de 67±6,2%. Assim, mostrou-se que as medidas acústicas precisam ser aprimoradas para a obtenção de melhores resultados de classificação dentre as patologias de laringe estudadas. Ainda assim, verificou-se que é possível discriminar locutores normais daqueles pacientes disfônicos. / Diseases that affect the larynx have been considerably increased in recent years due to the condition of nowadays society where there have been unhealthy habits like smoking, alcohol and tobacco and an increased vocal abuse, perhaps due to the increase in noise pollution, especially in large urban cities. Currently the exam performed by per-oral endoscopy (aimed to identify laryngeal pathologies) have been videolaryngoscopy and videostroboscopy, both invasive and often uncomfortable to the patient. Seeking to improve the comfort of the patients who need to undergo through these procedures, this study aims to identify acoustic patterns that can be applied to the identification of laryngeal pathologies in order to creating a new non-invasive larynx assessment method. Here two different configurations of neural networks were used. The first one was generated from 524.287 combinations of 19 acoustic measurements to classify voices into normal or from a diseased larynx, and achieved an max accuracy of 99.5% (96.99±2.08%). Using 3 and 6 rotated measurements (obtained from the principal components analysis method), the accuracy was 93.98±0.24% and 94.07±0.29%, respectively. With 6 rotated measurements from a previouly standardization of the 19 acoustic measurements, the accuracy was 97.88±1.53%. The second one, to classify 23 different voice types (including normal voices), showed better accuracy in identifying hiperfunctioned larynxes and normal voices, with 58.23±18.98% and 52.15±18.31%, respectively. The worst accuracy was obtained from vocal fatigues, with 0.57±1.99%. Excluding normal voices of the analysis, hyperfunctioned voices remained the most easily identifiable (with an accuracy of 57.3±19.55%) followed by anterior-posterior constriction (with 18.14±11.45%), and the most difficult condition to be identified remained vocal fatigue (with 0.7±2.14%). Re-sampling the neural networks input vectors, it was obtained accuracies of 25.88±10.15%, 21.47±7.58%, and 18.44±6.57% from such networks with 20, 30, and 40 hidden layer neurons, respectively. For comparison, classification using support vector machine produced an accuracy of 67±6.2%. Thus, it was shown that the acoustic measurements need to be improved to achieve better results of classification among the studied laryngeal pathologies. Even so, it was found that is possible to discriminate normal from dysphonic speakers.

ANP / Este trabalho propõe o uso de Mapas Cognitivos Fuzzy Dinâmicos (DFCM, do inglês Dynamic Fuzzy Cognitive Maps), uma evolução dos Mapas Cognitivos Fuzzy (FCM), para o desenvolvimento de sistemas autônomos para tomada de decisões. O FCM representa o conhecimento de forma simbólica, através de conceitos e relações causais dispostas em um grafo. Na sua versão clássica, os FCMs são usados no desenvolvimento de modelos estáticos, sendo inapropriados para o desenvolvimento de modelos temporais ou dinâmicos devido à ocorrência simultânea de todas as causalidades em uma estrutura fixa dos grafos, i.e., os conceitos e suas relações causais são invariantes no tempo. O DFCM utiliza o mesmo formalismo matemático do FCM através de grafos, acrescentando funcionalidades, como por exemplo, a capacidade de auto adaptação através de algoritmos de aprendizagem de máquina e a possibilidade de inclusão de novos tipos de conceitos e relações causais ao modelo FCM clássico. A partir dessas inclusões, é possível construir modelos DFCM para tomada de decisões dinâmicas, as quais são necessárias no desenvolvimento de ferramentas inteligentes em áreas de conhecimento correlatas à engenharia, de modo especifico a construção de modelos aplicados em Robótica Autônoma. Em especial, para as áreas de Robótica de Enxame e Vida artificial, como abordados nesta pesquisa. O sistema autônomo desenvolvido neste trabalho aborda problemas com diferentes objetivos (como desviar de obstáculos, coletar alvos ou alimentos, explorar o ambiente), hierarquizando as ações necessárias para atingi-los, através do uso de uma arquitetura para o planejamento, inspirada no modelo clássico de Subsunção de Brooks, e uma máquina de estados para o gerenciamento das ações. Conceitos de aprendizagem de máquina, em especial Aprendizagem por Reforço, são empregadas no DFCM para a adaptação dinâmica das relações de casualidade, possibilitando o controlador a lidar com eventos não modelados a priori. A validação do controlador DFCM proposto é realizada por meio de experimentos simulados através de aplicações nas áreas supracitadas. / This dissertation proposes the use of Dynamic Fuzzy Cognitive Maps (DFCM), an evolution of Fuzzy Cognitive Maps (FCM), for the development of autonomous system to decision-taking. The FCM represents knowledge in a symbolic way, through concepts and causal relationships disposed in a graph. In its standard form, the FCMs are limited to the development of static models, in other words, classical FCMs are inappropriate for development of temporal or dynamic models due to the simultaneous occurrence of all causalities in a permanent structure, i.e., the concepts and the causal relationships are time-invariant. The DFCM uses the same mathematical formalism of the FCM, adding features to its predecessor, such as self-adaptation by means of machine learning algorithms and the possibility of inclusion of new types of concepts and causal relationships into the classical FCM model. From these inclusions, it is possible to develop DFCM models for dynamic decision-making problems, which are needed to the development of intelligent tools in engineering and other correlated areas, specifically, the construction of autonomous systems applied in Autonomous Robotic. In particular, to the areas of Swarm Robotics and Artificial Life, as approached in this research. The developed autonomous system deals with multi-objective problems (such as deviate from obstacle, collect target or feed, explore the environment), hierarchizing the actions needed to reach them, through the use of an architecture for planning, inspired by the Brook’s classical Subsumption model, and a state machine for the management of the actions. Learning machine algorithms, in particular Reinforcement Learning, are implemented in the DFCM to dynamically tune the causalities, enabling the controller to handle not modelled event a priori. The proposed DFCM model is validated by means of simulated experiments applied in the aforementioned areas.

Redes de sensores sem fio geralmente são compostas por dispositivos que demandam qualidade de transmissão, porém com energia limitada. Desta condição, surge a necessidade do estudo da eficiência energética. Neste documento são apresentadas e comparadas algumas técnicas para melhorar a eficiência energética que englobam o uso da diversidade, tais como o uso de múltiplas antenas no transmissor e receptor bem como o uso de comunicação cooperativa, esta última melhor aproveitada quando um canal de retorno está disponível. São abordados dois modelos de comunicação. No primeiro cenário, apenas a camada física é levada em conta em uma rede MIMO cooperativa com múltiplos relays, em que é proposto um algoritmo distribuído iterativo de alocação de potência baseado no algoritmo de Dinkelbach visando a maximização da eficiência energética. Os resultados demonstram que o uso de múltiplas antenas melhora a eficiência energética, mas que dependendo da técnica MIMO utilizada, o número de relays e o número de antenas podem levar a efeitos diferentes em termos de eficiência energética. Em seguida, é apresentado um cenário que envolve a camada física e a camada de controle de acesso ao meio (MAC), no qual propõe-se um protocolo MAC cooperativo distribuído. Neste caso, além da energia utilizada para transmitir os pacotes de dados, também é analisado o atraso e o consumo para acessar o canal. Pelos resultados obtidos, notase que as técnicas MIMO aumentam a eficiência energética em relação ao caso SISO, das quais pode-se destacar a seleção de antenas. Além disso, outros parâmetros, tais como densidade de nós, eficiência espectral, número de antenas e distância entre nós, são analisados em termos de eficiência energética. / Wireless sensor networks are usually composed of devices that require transmission quality, but with limited energy. From this condition arises the necessity of the energy efficiency study. In this document, we present and compare some techniques to improve the energy efficiency, which include the use of diversity, such as the use of multiple antennas in the transmitter and receiver as well as the use of cooperative communication. The latter has better results when a feedback channel is available. We cover two communication scenarios. In the first scenario, only the physical layer is taken into account in a MIMO cooperative network with multiple relays, where we propose a power allocation distributed iterative algorithm based on the Dinkelbach’s algorithm aiming at the energy efficiency maximization. The results show that the use of multiple antennas improve the energy efficiency, but depending on the used MIMO transmission scheme, the number of relays and the number of antennas can lead to different effects with respect to the energy efficiency. In the following, we present a scenario that contains a cross-layer analysis encompassing physical and medim access control (MAC) layers in a cooperative MIMO network, where we propose a distributed cooperative MAC protocol. In this case, besides the energy used to transmit thte data packets, we also analyze the delay and energy consumption to access the channel. Results show that the MIMO techniques improve the energy efficiency when we compare to SISO, especially when employing antenna selection techniques. In addition, other parameters, such as node density, spectral efficiency, number of antennas and distance between nodes, are analyzed with respect to the energy efficiency.