This Master Thesis presents a design methodology to a boost PFC converter operating as an Uninterruptible Power Supply rectifier input stage. This methodology defines, making use of a group of current ripples and switching frequencies, the converter minimum volume point analyzing the volumes of the boost inductor, the electromagnetic interference filter and the heat-sinks. Thus, it's developed along this work, each design mentioned above, analyzing the impact of different magnetic materiaIs, input filter topologies and semiconductors technologies. Previously, it is designed the controller and it is developed a simulation structure. ln a second moment, it's designed the boost inductor for a predetermined temperature elevation. After this, it's designed the electromagnetic filter analyzing the impact of different topologies. The heat-sinks are also designed to guarantee the semiconductors operation within the temperature limits. Finally, the methodology based on the previous designs is accomplished, using the procedures and equations already mentioned, becoming possible to define the converter minimum volume point. / Esta Dissertação de Mestrado apresenta uma metodologia de projeto para o conversor boost operando como estágio retificador de entrada em uma fonte de alimentação ininterrupta. Essa metodologia se baseia em definir, através de um conjunto de freqüências de comutação e ondulações de corrente, o ponto de minimização do volume do conversor considerando o volume do indutor, do filtro de interferência eletromagnética conduzida e dos dissipadores. Assim, é desenvolvido ao longo desse trabalho o projeto de cada elemento mencionado estudando o impacto do uso de diferentes materiais magnéticos, topologias de filtro de entrada e tecnologias de semicondutores. Inicialmente é projetado o controlador e desenvolvida a estrutura de simulação do conversor. Em um segundo momento é projetado o indutor boost para uma determinada elevação de temperatura. A seguir é projetado o filtro de interferência eletromagnética analisando o impacto de diferentes topologias. Também são projetados os dissipadores que garantem a operação dos semicondutores dentro dos limites de temperatura estabelecidos pelos fabricantes. Por fim, é formalizada a metodologia baseada nos projetos anteriores, pela qual, fazendo uso dos procedimentos e equações fornecidos, torna-se possível definir o ponto de minimização do volume do conversor.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Ph.D. Dissertation presents contributions to the study of hybrid multilevel systems, analyzing several issues that compose this system, such as: topological variations of the output inverter stage and input rectifier stage, design methodologies, modulation strategies and control system. This extensive analysis is carried out because these issues are closely related, so that a modification in any element can affect the overall system performance. Initially, due to the enormous flexibility and large complexity to design hybrid multilevel converters, this work proposes a unified analysis for these converters, which are composed of several series-connected cells with distinct voltage levels, modulation strategies, topologies and/or semiconductor technologies. This unified analysis includes a detailed comparative analysis among distinct topologies and a new generalized design methodology. Different configurations of hybrid converters are proposed from this new design methodology, depending on the specifications imposed to the multilevel system. Therefore, this work can be used as a valuable tool to define an adequate hybrid configuration for a specific application. After, this work also proposes a new arrangement to implement the isolated voltage sources of the series-connected cells that compose a hybrid multilevel inverter. This new arrangement is based on the multipulse connection of uncontrolled rectifiers processing distinct power levels, unlike conventional multipulse converters. A new design methodology for this input stage is proposed in this work, defining the phase shifts among the secondaries of the isolation transformer to eliminate dominant harmonics from the current drawn from the utility grid even when the active power levels processed by rectifiers are different. This work also investigates the impact of the hybrid multilevel modulation strategy on the harmonic contents of the output voltages and input currents. After to demonstrate the negative impact of the modulation strategy on the input harmonic performance for some operating points, this Ph.D. Dissertation proposes a new modulation strategy that makes possible, together with an asymmetrical multipulse connection of rectifiers, to eliminate undesired harmonics from the input current in any operating point without affecting the output harmonic performance. Beyond these issues, this work also includes a qualitative analysis about hybrid multilevel inverters operating as actuators in closed-loop systems, to motivate a discussion about this new subject. Finally, several experimental results are presented to demonstrate the practical feasibility of some proposals of this Ph.D. Dissertation. / Esta Tese de Doutorado apresenta contribuições ao estudo de sistemas multiníveis híbridos, investigando vários temas que compõem esse sistema, tais como: variações topológicas do estágio inversor de saída e do estágio retificador de entrada, metodologias de projeto, estratégias de modulação e sistema de controle. Isso se deve principalmente ao fato que esses temas estão intimamente relacionados, de tal forma que uma alteração em qualquer elemento do sistema pode modificar o desempenho do todo. Inicialmente, devido à enorme flexibilidade e grande complexidade para projetar conversores multiníveis híbridos, esse trabalho realiza uma abordagem unificada desses conversores, que são compostos de várias células em série, com valores de tensão, estratégias de modulação, topologias e/ou tecnologias de semicondutores diferentes. Essa abordagem inclui uma análise comparativa entre várias topologias e uma nova metodologia de projeto generalizada. Assim, esse trabalho pode ser usado como uma importante ferramenta para definir um conversor híbrido adequado para uma determinada aplicação. Posteriormente, esse trabalho também propõe um novo arranjo para implementar as fontes de tensão isoladas das células que compõem um inversor multinível híbrido. Esse novo arranjo é baseado na conexão multipulso de retificadores não controlados que, ao contrário dos conversores multipulso convencionais, processam níveis distintos de potência. Uma nova metodologia de projeto generalizada é proposta nesse trabalho para esse estágio de entrada, determinando os ângulos de defasagem entre os secundários do transformador de isolação para eliminar harmônicas dominantes da corrente drenada da rede pública de energia, mesmo quando os retificadores processam níveis distintos de potência ativa. Esse trabalho também investiga o impacto da estratégia de modulação híbrida tanto no conteúdo harmônico das tensões de saída quanto no conteúdo harmônico das correntes de entrada. Após demonstrar o impacto negativo da estratégia de modulação no desempenho harmônico de entrada em alguns pontos de operação, essa Tese propõe uma nova estratégia de modulação que torna possível, juntamente com uma conexão multipulso assimétrica de retificadores, eliminar harmônicas dominantes da corrente de entrada em qualquer ponto de operação sem prejudicar o conteúdo harmônico das tensões de saída. Além desses assuntos, esse trabalho também realiza uma breve análise qualitativa do desempenho de inversores multiníveis híbridos em sistemas de controle em malha fechada, com o intuito de iniciar uma discussão sobre esse novo tema. Por fim, diversos resultados experimentais, tanto do estágio inversor de saída quanto do estágio retificador de entrada, são apresentados para demonstrar a viabilidade prática de algumas propostas dessa Tese de Doutorado.

This Thesis presents a distributed generation system, which works as a Microgrid, suitable to integrate alternative energy sources, using a high frequency AC link (HFAC) as a means of connecting sources and loads. The static compensation of current harmonics, reactive power and voltage harmonics, which can be found in the Microgrid, is considered a key factor for the effective utilization of such distributed generation scheme. These multiple goals can simultaneously be achieved by using a Unified Power Quality Conditioner (UPQC). The UPQC controller is designed based on the instantaneous power theory (or p-q theory), which is used to obtain the power components to be compensated and, lately, the instantaneous current and voltage references for static compensation. Electronic power converters are used as the active elements, supplying the compensating current and voltage, in order to optimize the usage of the available energy resources. Additionally, this project aims to incentive the utilization of alternative energy sources, such as fuel cell stacks and solar panels, as the main elements in a distributed generation approach. Besides that, the utilization of a high frequency Microgrid, allows the instantaneous bi-directional power conversion, without the need of using bulky energy storage elements. As a main goal, this project proposes a platform for energy generation, operating as a Microgrid, with full static compensation capability and with the possibility to inject energy into the mains grid. / Esta Tese apresenta um sistema de geração distribuída, do tipo Micro-rede, para integração de fontes alternativas de energia, utilizando um barramento integrador operando em alta freqüência para interconexão entre fontes e cargas. A compensação estática de harmônicos de corrente, potência reativa e distorções de tensão, presentes no barramento integrador, são considerados fatores importantes para a efetiva utilização deste sistema de geração distribuída. Estes múltiplos objetivos podem ser simultaneamente atingidos utilizando-se um único Condicionador Unificado de Qualidade de Potência (UPQC). O controlador do UPQC é baseado na teoria das potências real e imaginária instantâneas (ou Teoria p-q), que é utilizada para a obtenção das componentes de potência a serem compensadas e, posteriormente, das referências instantâneas de corrente e tensão para a compensação estática. Conversores eletrônicos de potência são utilizados como elementos ativos do sistema, fornecendo as correntes e tensões de compensação, de forma a otimizar as reservas energéticas disponíveis. Adicionalmente, o presente trabalho visa incentivar a utilização das fontes alternativas de energia, como pilhas de células de combustível e painéis solares, como elementos principais em um sistema distribuído de geração. Além disto, a utilização de uma Micro-rede com barramento em alta freqüência permite a conversão instantânea de potência bi-direcional, sem a necessidade de se utilizar elementos armazenadores de energia de grande porte. Como principal objetivo, o trabalho propõe uma plataforma de geração de energia, do tipo Micro-rede, com capacidade de filtragem estática completa e com possibilidade de interligação com a rede pública.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This works presents a Robust Variable Structure Model Reference Adaptive Control scheme denoted VS RMRAC. In this adaptive control strategy, each parameter of the control law is obtained by the sum of two other adaptive terms. One of them is associated with the RMRAC algorithm, while the other is composed of an adaptive gain rated by an approximated sign function, being associated with the VS controller. The conventional RMRAC has the property of robustness with respect to certain types of unmodeled dynamics, while the conventional VS improves the system performance and can use certain information about the plant uncertainties to attain a sliding surface and invariance of the states of the closed loop plant with respect to these uncertainties. The main motivation for combining the RMRAC and VS schemes is to obtain an adaptive control strategy with composite properties, namely, robustness and fast response, which are conflicting each other in conventional adaptive algorithms. The method of combination was already proposed in the literature, however, unlike the original proposal, the adaptation laws are modified to cope with the effect of the unmodeled dynamics, which are by hypothesis, of multiplicative and additive types. The modification includes normalization for robustness with respect to such dynamics. For the discrete time case it is also necessary a modification on the error equation for causality of the adaptive algorithm. This modification implies a suitable adaptive algorithm, designed according to the Gradient approach. The stability proofs are stated for the continuous time case, as well as for the discrete time case. The performance of the overall controller can be verified quantitatively, from the analysis of the robust stability, as well as qualitatively, from simulations and analysis of experimental results. Regarding to the last, the performance of the RMRAC and VS RMRAC algorithms are tested for the current control of an Active Power Filter connected in parallel with the grid. Once the filter is connected to the grid, its is subject to parametric uncertainties, unmodeled dynamics and disturbances. Besides, the references for the compensation currents are complex waveforms, including several harmonic components of low order. For these reasons, stability and performance are mandatory in applications of Active Power Filters and this system was elected to experimentally test the performance of the VS RMRAC adaptive algorithm. / Este trabalho apresenta um Controle Adaptativo Robusto de Estrutura Variável por Modelo de Referência denotado VS RMRAC (do inglês, Variable Structure Robust Model Reference Adaptive Control ). Para obter esta estratégia de controle adaptativa, cada parâmetro da lei de controle é obtido pela soma the duas outras parcelas adaptativas. Uma delas é associada ao algoritmo de controle RMRAC, enquanto a outra é composta de um ganho adaptativo multiplicando uma função sinal aproximada, e é relacionada com o controlador VS. O RMRAC convencional tem a propriedade de robustez com respeito a determinada classe de dinâmicas não modeladas, enquanto que o VS convencional possui rápida resposta e pode ser projetado para garantir a invariância dos estados da planta em malha fechada, a partir do conhecimento de determinados limites de incerteza da planta. Deste modo, a principal motivação da combinação é obter um controlador adaptativo com propriedades de ambos os esquemas de controle, ou seja, robustez e rápida resposta, que são conflitantes entre si em algoritmos adaptativos convencionais. O método de combinação utilizado já havia sido proposto na literatura, porém, diferentemente da proposta original, as leis de adaptação são modificadas para considerar o efeito das dinâmicas não modeladas, que são por hipótese, dos tipos multiplicativa e aditiva. A modificação para robustez com respeito as dinâmicas não modeladas utiliza normalização da entrada da lei de adaptação. Para o caso discreto, é também necessária uma modificação na equação do erro para tornar o algoritmo de controle causal. Esta modificação implica num algoritmo adaptativo que é projetado com base no método Gradiente. As provas de estabilidade são desenvolvidas para os casos contínuo e discreto. O desempenho do controlador pode ser verificado quantitativamente, a partir da análise da estabilidade robusta, ou qualitativamente, a partir de resultados experimentais. Com relação a este último, o desempenho dos algoritmos de controle RMRAC e VS RMRAC são testados para o controle de corrente de um Filtro Ativo de Potência conectado em paralelo na rede elétrica. Deste modo, este é um sistema sujeito à variações paramétricas, dinâmicas não modeladas e distúrbios. Além disso, as referências de corrente de compensação são formas de onda complexas, incluindo várias componentes harmônicas resultantes do processo de comutação de cargas não lineares. Por estas razões, estabilidade e desempenho são características necessárias em aplicações de Filtros Ativos de Potência a este sistema foi escolhido para a verificação experimental do algoritmo de controle VS RMRAC.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-07-03T14:03:03Z No. of bitstreams: 1 ItaloJoseLopesDeAlmeida_DISSERT.pdf: 2233476 bytes, checksum: d7d775bfc2c6f08935347bfcfde96a10 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-07-10T15:44:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ItaloJoseLopesDeAlmeida_DISSERT.pdf: 2233476 bytes, checksum: d7d775bfc2c6f08935347bfcfde96a10 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-10T15:44:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ItaloJoseLopesDeAlmeida_DISSERT.pdf: 2233476 bytes, checksum: d7d775bfc2c6f08935347bfcfde96a10 (MD5) Previous issue date: 2018-05-30 / A produção de energia elétrica é uma atividade de grande importância para o crescimento de qualquer economia no mundo. O Brasil possui, em relação às outras nações, a vantagem de poder planejar sua matriz elétrica utilizando grandes quantidades de fontes renováveis. Uma delas, focalizada neste trabalho, é a biomassa da cana-de-açúcar, que contribui através da cogeração para o fortalecimento dessa matriz. Apesar de há muito tempo disponível, observase que esta fonte tem sido pouca utilizada para a geração comercial de energia elétrica. O Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia (PROINFA), instituído pelo Governo Federal em 2002, hoje extinto, e o surgimento do Mercado de Créditos de Carbono, impulsionado pelo Protocolo de Kyoto, ajudaram a bioeletricidade na ultima década, fazendo com que a biomassa da cana-de-açúcar fosse utilizada de forma mais intensa, tornando-se um importante componente nessa matriz. Esta dissertação analisa os dados de moagem, a quantidade de energia elétrica gerada, exportada, entre outros, de uma usina sucroalcooleira que comercializa energia no ambiente de contratação regulada (ACR) e no ambiente de contratação livre (ACL), a partir do bagaço da cana-de-açúcar. O trabalho também constata que só com a utilização do bagaço como combustível a energia acordada com as concessionarias de energia não seria atingida todos os anos, devido à instabilidade na produção de cana de açúcar. Para resolver o problema, neste trabalho estuda-se a viabilidade da utilização da palha em conjunto com o bagaço da cana, aumentando-se a quantidade de combustível queimado na caldeira e consequentemente a geração de energia. Conclui-se, que o bagaço e a palha juntos como combustíveis a usina estudada proporcionariam uma elevação substancial na energia exportada, e no cumprimento da meta, além de um lucro considerável com a venda do excedente de energia elétrica. / The production of electric energy is an activity of great importance when planning the growth rate of any economy in the world. Brazil has, in relation to the other nations, the advantage of being able to plan their energy matrix using large renewable sources. One of them, focused on this work, is the biomass of sugar cane, which through cogeneration contributes to the strengthening of the matrix. Although it has been available for a long time, it is observed that this source has been recently used for the commercial generation of electricity. The Incentive Program for Alternative Energy Sources (PROINFA), established by the Federal Government in 2002, now extinct, and the emergence of the carbon credits market, driven by the Kyoto Protocol, have helped this framework in the last decade, making biomass of sugarcane more intensely used, becoming an important component in the Brazilian energy matrix. This dissertation analyzes the grinding data, the amount of electric energy generated, exported, among others subjects, of a sugar and ethanol plant that generates an sells energy in the regulated environment (ACR) and in the free contracting environment (FTA), using sugar cane bagasse of sugar. The work also verified that only with the use of bagasse as the energy source agreed with the utility buyers was not guaranteed, due to the instability in the of sugar cane crop. To solve the problem, the feasibility of using sugar cane straw in conjunction with sugarcane bagasse by increasing the amount of fuel burned in the boiler and consequently the generation of energy is also analysed. It is concluded that the bagasse and straw together, here studied would have a gain both in energy exported and achievement of the target, in addition to a considerable profit from the sale of electricity.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-07-03T15:26:00Z No. of bitstreams: 1 MarcosAntonioDeAraujoSilva_DISSERT.pdf: 1854752 bytes, checksum: 967e430cde995be91861c9969e8e0d2c (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-07-11T12:47:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MarcosAntonioDeAraujoSilva_DISSERT.pdf: 1854752 bytes, checksum: 967e430cde995be91861c9969e8e0d2c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-11T12:47:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcosAntonioDeAraujoSilva_DISSERT.pdf: 1854752 bytes, checksum: 967e430cde995be91861c9969e8e0d2c (MD5) Previous issue date: 2018-05-02 / As concessionárias de energia elétrica buscam permanentemente ampliar e modernizar os sistemas elétricos de potência frente às novas demandas dos consumidores e exigências estabelecidas pela Agência Nacional de Energia Elétrica. A proteção de sistemas elétricos tem papel fundamental na manutenção deste sistema e no controle de seus indicadores. Sistemas de distribuição possuem diversas particularidades físicas e técnicas, como o tempo de operação dos dispositivos, fluxos de carga e níveis de curto-circuito. Diante da grande diversidade destes sistemas, a construção de um algoritmo computacional que auxilie nos procedimentos matemáticos de parâmetros do sistema, ou ainda, que gere uma prévia configuração automática dos dispositivos, é necessária perante à ampla demanda ofertada aos engenheiros de proteção. O algoritmo foi modelado inicialmente com o objetivo de determinar as correntes de curto-circuito em cada dispositivo de proteção primária, assim como calcular as correntes mínimas de atuação das unidades de sobrecorrente temporizada e os ajustes de temporização dos relés. Porém, devido ao grande universo de possibilidades de ajustes oferecidos pelo código, fez-se necessária a utilização das técnicas da biologia evolutiva, com o intuito de escolher neste universo de possibilidades o indivíduo que torne a parametrização deste sistema otimizada. Se na primeira geração, o indivíduo escolhido não condisser com a função ótima, esta população será evoluída a partir dos procedimentos de seleção natural, cruzamento e mutação dos indivíduos, presentes nas técnicas de evolução utilizada nos Algoritmos Genéticos. Espera-se que a codificação genética, quando aplicada nos dispositivos microprocessados com característica de intervalo de tempo adequado segundo as normas, o algoritmo se mostre eficiente e estável. Já para os circuitos alimentadores nos quais a temporização dos equipamentos esteja inadequada para um estudo fidedigno de coordenação e seletividade, serão sugeridas mudanças de alguns parâmetros de temporização inicial. Caso o tempo de operação absoluto do alimentador seja minimizado, o procedimento realizado pelo algoritmo será considerado válido e a configuração apresentada ao final será a melhor entre todas da população. / Energy concessionaires are constantly seeking to expand and modernize power systems in face of new consumer demands and requirements established by the National Electric Energy Agency. The protection of electrical systems plays a fundamental role in the maintenance of this system and in the control of its indicators. Distribution systems have several physical and technical characteristics, such as the operating time of the devices, load flows and short-circuit levels. In view of the great diversity of these systems, the construction of a computational algorithm that assists in the mathematical procedures of system parameters, or even that, generate a previous automatic configuration of the devices is necessary in view of the wide demand offered to the protection engineers. The algorithm was initially modeled in order to determine the short-circuit currents in each primary protection device, as well as to calculate the minimum currents of operation of the time-overcurrent units and the timing adjustments of the relays. However, due to the great universe of possibilities of adjustments offered by the code, it became necessary to use the techniques of evolutionary biology in order to choose in this universe of possibilities the individual that makes the parameterization of this system optimized. If in the first generation the chosen individual does not match the optimal function, this population will be evolved from the procedures of natural selection, crossing and mutation of the individuals, present in the evolutionary techniques used in the Genetic Algorithms. It is expected that the genetic coding when applied to microprocessor devices with appropriate time interval characteristics according to standards, the algorithm is efficient and stable. However, for feeder circuits where equipment timing is inadequate for a reliable study of coordination and selectivity, changes in some initial timing parameters will be suggested. If the absolute operation time of the feeder is minimized the procedure performed by the algorithm will be considered valid and the configuration presented at the end will be the best among all of the population.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-07-26T17:05:20Z No. of bitstreams: 1 FranciscoDasChagasBarbosaDeSena_TESE.pdf: 5493232 bytes, checksum: 378d23f978bc334f78243d8199a72e4d (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-07-26T19:31:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FranciscoDasChagasBarbosaDeSena_TESE.pdf: 5493232 bytes, checksum: 378d23f978bc334f78243d8199a72e4d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-26T19:31:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FranciscoDasChagasBarbosaDeSena_TESE.pdf: 5493232 bytes, checksum: 378d23f978bc334f78243d8199a72e4d (MD5) Previous issue date: 2018-04-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / As antenas de microfita têm atraído a atenção de pesquisadores no mundo inteiro por possuírem características interessantes a diversas aplicações. Contudo, desvantagens como baixo ganho, estreita largura de banda e baixa eficiência de radiação podem limitar o seu uso em um determinado sistema. Além disso, esse tipo de antena pode excitar modos de ordem superior em adição ao fundamental. Essa característica é particularmente importante para sistemas que possuem múltiplas frequências de operação, nos demais casos, faz-se necessário o uso de filtros para eliminar os modos indesejados. Alternativamente, pode-se adicionar arranjos de defeitos ao plano de terra ou ao substrato da antena para cumprir esse mesmo objetivo, sendo tais estruturas denominadas de Defected Ground Structure (DGS) e Photonic Band Gap (PBG), respectivamente. Entretanto, o desenvolvimento de projetos eficientes envolvendo esses tipos de estruturas apresenta grande dependência da correta especificação dos parâmetros físicos do arranjo utilizado. Nesse contexto, objetivando eliminar e/ou atenuar os modos de ordem superior, sem afetar significativamente o desempenho da antena em operação para o modo fundamental, o presente trabalho estudou a aplicação de um Algoritmo Genético (AG) no desenvolvimento de novos modelos de estruturas DGS e PBG. Os modelos propostos são constituídos de furos circulares, preenchidos com ar, nos padrões hexagonal e retangular, para a configuração periódica, e com padrão micro estruturado, para a configuração quase periódica. O AG proposto foi responsável por especificar os seguintes parâmetros dos arranjos analisados: diâmetro dos furos, distância de separação entre os mesmo e o posicionamento do arranjo ao longo do comprimento da antena. Todas as antenas analisadas foram construídas manualmente, através do uso de uma fresadora e/ou corrosão por percloreto de ferro. Com base nos resultados simulados e medidos, verificou-se que o AG proposto foi capaz de otimizar as estruturas estudadas de maneira a preservar o modo fundamental, ao passo que os de ordem superior foram eliminados e/ou consideravelmente atenuados. Verificou-se que para o mesmo tipo de arranjo, as antenas com DGS apresentaram melhor desempenho em relação às com PBG, considerando o coeficiente de reflexão do modo fundamental. Além disso, as estruturas otimizadas não provocaram variações significativas no valor do ganho total ou na forma do diagrama de radiação e, no caso dos DGS, exibiram características importantes para miniaturização das antenas. Os resultados obtidos são particularmente importantes, partindo do pressuposto de que as estruturas otimizadas podem ser utilizadas para eliminar modos indesejados em aplicações com antenas de microfita passivas ou ativas, que operam também como ressoadores. / Microstrip antennas have attracted the attention of researchers worldwide because of their interesting features for various applications. However, disadvantages such as low gain, narrow bandwidth and low radiation efficiency can limit its use in a given system. Besides, this type of antenna can excite higher order modes in addition to the fundamental. This feature is particularly important for systems with multiple operating frequencies, in other cases, it is necessary to use filters to eliminate the unwanted modes. Alternatively, arrangement of defects can be added to the antenna‟s ground plane or substrate to achieve the same aim, such structures are called Defected Ground Structure (DGS) and Photonic Band Gap (PBG), respectively. However, the development of really efficient projects involving these types of structures presents great dependence on the correct specification of the physical parameters of the used arrangement. In this context, aiming at eliminating and/or attenuating higher order modes, without significantly affecting the performance of the antenna to the fundamental mode, the present work studied the application of a Genetic Algorithm (GA) in the development of new models of DGS and PBG structures. The proposed models consist of circular holes, filled with air, in the hexagonal and rectangular patterns, for the periodic configuration, and with micro structured pattern, for the quasi periodic configuration. The proposed AG was responsible for specifying the following parameters of the analysed arrangements: diameters of the holes, distance among them and the location of the arrangement along the length of the antenna. All the analysed antennas were constructed manually, by using a milling machine and/or corrosion by iron perchloride. Based on the simulated and measured results, was verified that the proposed GA was able to optimize the studied structures in order to preserve the fundamental mode, while the higher ones were eliminated and/or considerably attenuated. It was verified that for the same type of arrangement, the antennas with DGS presented better performance in relation to those with PBG, considering the reflection coefficient of the fundamental mode. In addition, the optimized structures did not cause significant changes in the total gain value or in the shape of the radiation pattern and, in the case of the DGS, exhibited important characteristics for miniaturization of the antennas. The obtained results are particularly important, assuming that the optimized structures can be used to eliminate unwanted modes in applications with passive or active microstrip antennas, which also operates as resonators.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-07-26T17:05:20Z No. of bitstreams: 1 IvanMaxFreireDeLacerda_TESE.pdf: 3236688 bytes, checksum: f8269c0c3bdbd5a0b84b45f9f4181c93 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-07-26T19:49:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 IvanMaxFreireDeLacerda_TESE.pdf: 3236688 bytes, checksum: f8269c0c3bdbd5a0b84b45f9f4181c93 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-26T19:49:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IvanMaxFreireDeLacerda_TESE.pdf: 3236688 bytes, checksum: f8269c0c3bdbd5a0b84b45f9f4181c93 (MD5) Previous issue date: 2018-03-02 / O crescente aumento dos dados registrados em cursos ofertados na modalidade a distância proporciona a utilização de métodos computacionais adaptados a pesquisa e agrupamento de dados educacionais, visando a descoberta de comportamentos de aprendizado. Essa área de pesquisa possibilita o desenvolvimento de ferramentas automatizadas de acompanhamento, predição e intervenção visando o aprimoramento dos índices educacionais. Em virtude disso, este trabalho propõe uma metodologia para a análise de programas de ensino a distância com base na tecnologia Learning Analytics, utilizando os dados de acesso dos alunos ao Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA), identificando os padrões sequenciais de uso mais frequentes e classificando-os de acordo com as categorias de aprendizagem autorregulada. Para a mineração sequencial de dados sequenciais os algoritmos SPAM e VGEN foram aplicados aos bancos de dados de duas instituições educacionais. Além do desenvolvimento da metodologia, como resultado desse processamento, uma grande incidência de um comportamento não previsto pela teoria da aprendizagem autorregulada foi identificado, e para classifica-lo foi criado um padrão chamado baixa participação. / The increasing of the data registered in courses offered in the distance modality boost the use of computational methods adapted to the research and the grouping of educational data, aiming to discover learning behaviors patterns. This research area allows the development of automated monitoring, prediction and intervention tools aiming at improving the educational indexes. As a result, this work proposes a methodology for analyzing distance learning programs based on the Learning Analytics technology, using the students’ access data to the Learning Management System (LMS), identifying the most frequent sequential patterns of use and classifying them as according to the self-regulated learning categories. For a sequential mining of sequential data the SPAM and VGEN algorithms were applied to the databases of two educational institutions. In addition to the development of the methodology, as a result of processing, a high incidence of behavior not predicted in the self-regulated learning theory was identified, and to classify it was created a pattern called low participation.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This dissertation presents the study of a three-wire hibrid topology for voltage regulation for micro-hydroelectric generators that use self-excited induction in isolated operation. Initially, a literature review is presented in order to identify the main voltage regulation topologies applied to self-excited induction generators in the literature. From this review, a hybrid topology is proposed, which aims to regulate the voltage supplied by the generator to the isolated system. Thus, the mathematical modeling of the system is presented, comprising induction generator, the excitation capacitor, switched capacitor banks for voltage regulation, inductors filter and static reactive compensator. The following presents a control method based on reactive power control and design of switched capacitor banks using as reference the reactive power of the induction generator and static reactive compensator. The simulation and experimental results are presented to validate the proposed method. The use of the three-wire hybrid topology made of switched capacitor banks in conjunction with the static reactive compensator voltage regulation can be considered an addition to the scientific literature. / Nesta dissertação de Mestrado é apresentado o estudo de uma topologia híbrida a três fios, para a regulação de tensão em microcentrais hidrelétricas que utilizam geradores de indução auto-excitados em operação isolada. Inicialmente, é apresentada uma revisão bibliográfica, a fim de identificar as principais topologias de regulação de tensão aplicadas a geradores de indução auto-excitados presentes na literatura. A partir desta revisão, é proposta uma topologia híbrida, que tem por objetivo a regulação de tensão fornecida pelo gerador ao sistema isolado. Desta forma, é mostrada a modelagem matemática do sistema, composto por gerador de indução, capacitores de excitação, bancos de capacitores chaveados para regulação de tensão, indutores de filtro e compensador estático de reativos. A seguir, é apresentado um método de controle baseado no controle de potência reativa e o projeto dos bancos de capacitores chaveados tendo como referência a potência reativa do gerador de indução e do compensador estático de reativos. São apresentados também, os resultados de simulação e experimentais que validam o funcionamento do método proposto. O emprego da topologia híbrida a três fios formada por bancos de capacitores chaveados em conjunto com o compensador estático de reativos de regulação de tensão, pode ser considerado um acréscimo à literatura científica.

This work involves the study and the implementation of different techniques of image processing in software and hardware , aiming the implementation of a new methodology of digital images location of candidate regions . Both implementations will be compared with the objective of verifying the obtained performance during the execution of the algorithms in PC and FPGA XILINX Spartan3 model3s400ft256.®. This task will be performed by applying some morphological operators, like erosion, dilatation and gradient to obtain only the borders of the processed image. After the conclusion of this stage location of candidate regions technique is applied aiming to restrict correctly only the x and y coordinates that may contain the vehicle plate or the traffic sign. The methodology of location of candidate regions was evaluated in software on a base of 823 images with varied dimensions. This technique is based on the analysis of the signature of the vehicle plate or traffic sign that are obtained through the process of border extraction. After concluding the validation of the above mentioned techniques in software the mapping out of these ones is done in a reconfigurable architecture. The results obtained from the execution of the implemented descriptions in hardware were compared with the ones obtained in software to evaluate the performance between the PC and FPGA types platforms. It is important to point out that the methodology of location of the candidate regions in digital images was developed is protected by the rights of intellectual property under the number 0000270607032603 / Este trabalho envolve o estudo e implementação de diferentes técnicas de processamento de imagens em software e hardware, visando a implementação de uma nova metodologia de localização de regiões candidatas em imagens digitais. Ambas implementações serão comparadas com o objetivo de verificar o desempenho obtido durante a execução dos algoritmos em PC e FPGA XILINX Spartan3 modelo 3s400ft256 1®. Essa tarefa será executada aplicando-se alguns operadores morfológicos, como: erosão, dilatação e gradiente para obter apenas as bordas da imagem processada. Após essa etapa ser concluída aplica-se a técnica de localização de regiões candidatas visando restringir corretamente apenas as coordenadas x e y que possam conter a placa veicular ou a placa de trânsito. A metodologia de localização de regiões candidatas foi validada em software sobre uma base de 823 imagens com dimensões variadas. Essa técnica baseia-se na análise da assinatura da placa veicular ou de trânsito que são obtidas através do processo de extração de bordas. Depois de concluído a validação das técnicas citadas em software fez-se o mapeamento dessas para uma arquitetura reconfiguravel. Os resultados obtidos a partir da execução das descrições implementadas em hardware foram comparados com os obtidos em software afim de avaliar o desempenho entre a plataforma do tipo PC e o FPGA. É importante salientar que a metodologia desenvolvida de localização das regiões candidatas em imagens digitais encontra-se protegida pelos direitos de propriedade intelectual sob o número 0000270607032603