Diversos trabalhos relacionados ao desenvolvimento de dispositivos robóticos biomecatrônicos estão sendo realizados em vários laboratórios no mundo. Apesar desta crescente tendência, devido a uma falta de padronização nas tecnologias utilizadas, em especial no sistema de sensoriamento e controle, há uma grande divergência nos sistemas resultantes. De forma a se conseguir atender os requisitos dos projetos, muito tempo é despendido no desenvolvimento de sistemas de sensoriamento e controle dedicados. Dentro deste cenário, neste trabalho foi projetado e implementado um sistema de sensoriamento e controle modular específico para sistemas robóticos. Este foi desenvolvido de forma a poder ser utilizado em diversos projetos reduzindo o esforço para a sua implementação. O referido sistema foi dividido em três módulos: Processador Central, Nós e Rede de Comunicação. Foi dada uma especial atenção no aspecto relacionado à comunicação por ser um fator-chave para se conseguir manter compatibilidade entre diferentes sistemas. Uma rede de comunicação denominada R-Bone foi desenvolvida pelo fato de que os sistemas existentes não atendem aos requisitos propostos. Uma descrição conceitual do sistema projetado é apresentada e a sua implementação detalhada. Todos os aspectos técnicos relevantes foram descritos de forma a facilitar a sua replicação por outros grupos. Um driver para sistema operacional Linux foi desenvolvido em conjunto com uma camada de abstração para simplificar o seu uso. Os testes realizados demonstraram que o sistema desenvolvido atende os requisitos propostos, mantendo uma condição de estabilidade adequada em seu tempo de resposta, baixa latência e pouca defasagem entre os sinais coletados pelos sensores. De forma a contribuir para uma possível padronização dos sistemas utilizados na área, todos os arquivos e informações relevantes para a replicação do sistema proposto foram disponibilizados sob a licença GNU LGPL em um servidor SVN. / Several works related to the development of biomechatronic robotic systems are being taken in several laboratories around the world. Despite this increasing trend, due to a lack of standardization in the used technologies, in special related to the control and sensing system, there is a wide divergence in the resulting system. In order to meet the project requirements, a lot of time is spent in the development of a custom control and sensing system. In this scenario, a modular sensing and control system specifically designed to be used in robotic systems, was designed and implemented. The last was developed in order to be used in several projects, thus reducing the effort spent on its implementation. This system was divided into three modules: Central Processor, Nodes and Communication Network. A special attention was given to the aspects related to the communication as it is the key-factor to keep compatibility among different systems. A communication network named R-Bone was developed, and its implementation was detailed. All the relevant technical aspects were described in order to facilitate its replication by other groups. A driver for the Linux operating system was developed in conjunction with an abstraction layer to simplify its use. The tests demonstrated that the system meets the proposed requirements, keeping a proper stability condition in the response time, low latency and little skew between the signals collected by the sensors. In order to contribute to a possible standardization of the systems used in the biomechatronics field, all the files with relevant information to make possible the replication of the proposed system were made available under the GNU LGPL license in a SVN server.

Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-09T19:02:28Z No. of bitstreams: 1 LUCIANA_PACHECO_2011_Dissertacao.pdf: 3520646 bytes, checksum: 18c2bd4c5569f3d56ead6c7c94253399 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-10T11:42:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 LUCIANA_PACHECO_2011_Dissertacao.pdf: 3520646 bytes, checksum: 18c2bd4c5569f3d56ead6c7c94253399 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-10T11:42:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUCIANA_PACHECO_2011_Dissertacao.pdf: 3520646 bytes, checksum: 18c2bd4c5569f3d56ead6c7c94253399 (MD5) / Em sistemas industriais automatizados, a inatividade provocada pela escassez não planejada de recursos, ou por falhas de processo, tem grande influência no desempenho dos sistemas por conta das descontinuidades e instabilidades geradas. Sistemas de controle distribuídos e autônomos podem ajudar a lidar com esses tipos de problemas devido à melhoria de desempenho possibilitada. Entretanto, aspectos relativos à segurança e ao tempo de resposta devem ser bem tratados nesses sistemas devido aos riscos envolvidos (humanos, financeiros e ambientais). A proposta de sistemas autônomos e distribuídos visa a que decisões de controle sejam tomadas mais próximas do objeto controlado, reduzindo assim o tempo de atuação no processo e sistematizando algumas decisões, antes tomadas de forma empírica. Consequentemente, se espera aumentar a disponibilidade e a continuidade do processo, bem como garantir os aspectos de confiabilidade. Entretanto, quando tais sistemas se tornam mais autônomos e distribuídos, podem tender ao comportamento global caótico, caso suas interações não estejam bem definidas. Assim, é importante que seja avaliado e dimensionado o acoplamento entre os sistemas autônomos relacionados. O grau de inteligência de um sistema pode variar de uma entidade completamente controlada a entidades completamente autônomas. O primeiro nível de inteligência é verificado quando um sistema é capaz de gerenciar suas próprias informações, obtidas por meio de sensores e demais técnicas e dispositivos, e não somente manipular informações. Em um segundo nível, o sistema pode notificar o seu gestor quando há um problema. Em um terceiro nível, o sistema já é capaz de tomar decisões e se autogerenciar, mesmo sem intervenção externa. Neste caso, o sistema tem controle total sobre suas tarefas e não há nenhum controle externo a ele. A alternativa proposta pelo GCAD visa a que Sistemas Industriais Automatizados atinjam até o terceiro nível de inteligência, sendo que intervenções externas podem ser admitidas nos casos em que uma ação puramente local e autônoma de fato não é recomendável ou não é possível, por exemplo, havendo necessidade de substituição de equipamentos ou dispositivos. O GCAD propõe um módulo de controle inteligente instanciado predominantemente em nível local que visa a permitir que cada Sistema Industrial Automatizado, distribuído em células, tome decisões críticas de uma forma autônoma. Adicionalmente, um módulo remoto deve gerenciar situações mais complexas que estão além da capacidade de decisão ou atuação do sistema de controle local. O modelo proposto visa a permitir ajustes automáticos e autônomos no sistema, a fim de melhorar seu desempenho, e prevenir ou tratar as falhas inesperadas, assegurando a continuidade da operação.

Diversos trabalhos relacionados ao desenvolvimento de dispositivos robóticos biomecatrônicos estão sendo realizados em vários laboratórios no mundo. Apesar desta crescente tendência, devido a uma falta de padronização nas tecnologias utilizadas, em especial no sistema de sensoriamento e controle, há uma grande divergência nos sistemas resultantes. De forma a se conseguir atender os requisitos dos projetos, muito tempo é despendido no desenvolvimento de sistemas de sensoriamento e controle dedicados. Dentro deste cenário, neste trabalho foi projetado e implementado um sistema de sensoriamento e controle modular específico para sistemas robóticos. Este foi desenvolvido de forma a poder ser utilizado em diversos projetos reduzindo o esforço para a sua implementação. O referido sistema foi dividido em três módulos: Processador Central, Nós e Rede de Comunicação. Foi dada uma especial atenção no aspecto relacionado à comunicação por ser um fator-chave para se conseguir manter compatibilidade entre diferentes sistemas. Uma rede de comunicação denominada R-Bone foi desenvolvida pelo fato de que os sistemas existentes não atendem aos requisitos propostos. Uma descrição conceitual do sistema projetado é apresentada e a sua implementação detalhada. Todos os aspectos técnicos relevantes foram descritos de forma a facilitar a sua replicação por outros grupos. Um driver para sistema operacional Linux foi desenvolvido em conjunto com uma camada de abstração para simplificar o seu uso. Os testes realizados demonstraram que o sistema desenvolvido atende os requisitos propostos, mantendo uma condição de estabilidade adequada em seu tempo de resposta, baixa latência e pouca defasagem entre os sinais coletados pelos sensores. De forma a contribuir para uma possível padronização dos sistemas utilizados na área, todos os arquivos e informações relevantes para a replicação do sistema proposto foram disponibilizados sob a licença GNU LGPL em um servidor SVN. / Several works related to the development of biomechatronic robotic systems are being taken in several laboratories around the world. Despite this increasing trend, due to a lack of standardization in the used technologies, in special related to the control and sensing system, there is a wide divergence in the resulting system. In order to meet the project requirements, a lot of time is spent in the development of a custom control and sensing system. In this scenario, a modular sensing and control system specifically designed to be used in robotic systems, was designed and implemented. The last was developed in order to be used in several projects, thus reducing the effort spent on its implementation. This system was divided into three modules: Central Processor, Nodes and Communication Network. A special attention was given to the aspects related to the communication as it is the key-factor to keep compatibility among different systems. A communication network named R-Bone was developed, and its implementation was detailed. All the relevant technical aspects were described in order to facilitate its replication by other groups. A driver for the Linux operating system was developed in conjunction with an abstraction layer to simplify its use. The tests demonstrated that the system meets the proposed requirements, keeping a proper stability condition in the response time, low latency and little skew between the signals collected by the sensors. In order to contribute to a possible standardization of the systems used in the biomechatronics field, all the files with relevant information to make possible the replication of the proposed system were made available under the GNU LGPL license in a SVN server.

Muitos são os motivos para a realização de pesquisas que envolvam o setor de saneamento básico no Brasil, entre estes motivos estão algumas características muito peculiares relacionadas a este setor, características que vão desde a sua concepção e a sua forma de organização até sua susceptibilidade à externalidades como influências naturais, políticas e sociais. Este trabalho oferece uma visão prática sobre a aplicação de tecnologias de automação em sistemas de saneamento e tem como objetivo expor um conjunto de soluções voltadas à automação de sistemas de abastecimento hídrico. Os sistemas automatizados caracterizam-se principalmente pela necessidade de aquisição e envio de informações de um ou mais centros de controle operacionais a estações remotas situadas nas mais diversas localizações como: centros densamente urbanizados, áreas não urbanas, locais de acesso restrito, áreas costeiras, áreas portuárias, localidades subterrâneas e localidades de topografia elevada. Esta diversidade de características demanda um conjunto de soluções de automação, supervisão e gerenciamento de informações para o controle e a gestão do sistema de abastecimento de forma integrada e eficiente. Neste trabalho são descritas algumas destas soluções, aqui denominadas referenciais de análise, com o objetivo de delinear um modelo de automação para sistemas de abastecimento hídrico que possa oferecer subsídios para o desenvolvimento destes sistemas em regiões que ainda não os possuam plenamente automatizados. / Many are the reasons to carry out researches whom involves the sector of basic sanitation in Brazil, among these reasons are some very peculiar characteristics related to this section, characteristics that goes from its conception and organization to its susceptibility to the to external factors as natural, politics and social influences. This work offers a practical vision about the application of automation technologies in systems of sanitation and has as objective to expose a group of solutions oriented to the automation of hydric supply systems. That automated systems are characterized mainly by the necessity of acquisition and information sending of one or more operational control centers to remote stations located in the most several locations as: densely urbanized centers, non urban areas, restricted access places, coastal areas, port areas, underground places and high topography places. This diversity of characteristics demands a group of automation, supervision and administration of information solutions to the control and the administration of the supply system in an integrated and efficient way. In this work some of these solutions are described, here denominated analysis referentials, with the objective of delineating an automation model for hydric supply systems that could offer subsidies for the development of these systems in areas that still don\'t possess them fully automated.

Este trabalho faz um levantamento dos Sistemas de Iluminação Automáticos (SIA) utilizados atualmente, das tecnologias empregadas e das linhas de pesquisas que vêm surgindo neste tema. É analisada também a relação dos sistemas de controle distribuído (SCD) com os SIA e com a automação predial. Um estudo de caso de um SIA que utiliza um SCD como plataforma tecnológica também é analisado. Ao final da dissertação, propõe-se uma tese, fruto das análises feitas durante este trabalho, que visa aumentar a modularidade, a flexibilidade e a interoperabilidade dos sistemas de automação predial baseados em SCD. Durante a dissertação são descritas: as características da luz; a relação entre a luz e o ser humano; os principais componentes de um SIA; as características básicas de um SCD; e a tecnologia Lonworks. / This work describes the Illumination Automatic Systems (IAS) used nowadays, the used technologies and the research lines that arise in this knowledge area. It\'s also analyzed the relation between Distributed Control Systems (DCS), IAS and building automation. A case study is done with a system that uses IAS and DCS. In the end of this work, it\'s suggested a thesis, result of analyses done during this work, with the objective of increasing the modularity, flexibility and interoperability of buildings automation systems based on DCS technologies. During this dissertation is described: the light characteristics; the relation between light and the human being; the main components of IAS; the characteristics of a DCS; and the Lonworks technology.

Este trabalho faz um levantamento dos Sistemas de Iluminação Automáticos (SIA) utilizados atualmente, das tecnologias empregadas e das linhas de pesquisas que vêm surgindo neste tema. É analisada também a relação dos sistemas de controle distribuído (SCD) com os SIA e com a automação predial. Um estudo de caso de um SIA que utiliza um SCD como plataforma tecnológica também é analisado. Ao final da dissertação, propõe-se uma tese, fruto das análises feitas durante este trabalho, que visa aumentar a modularidade, a flexibilidade e a interoperabilidade dos sistemas de automação predial baseados em SCD. Durante a dissertação são descritas: as características da luz; a relação entre a luz e o ser humano; os principais componentes de um SIA; as características básicas de um SCD; e a tecnologia Lonworks. / This work describes the Illumination Automatic Systems (IAS) used nowadays, the used technologies and the research lines that arise in this knowledge area. It\'s also analyzed the relation between Distributed Control Systems (DCS), IAS and building automation. A case study is done with a system that uses IAS and DCS. In the end of this work, it\'s suggested a thesis, result of analyses done during this work, with the objective of increasing the modularity, flexibility and interoperability of buildings automation systems based on DCS technologies. During this dissertation is described: the light characteristics; the relation between light and the human being; the main components of IAS; the characteristics of a DCS; and the Lonworks technology.

Muitos são os motivos para a realização de pesquisas que envolvam o setor de saneamento básico no Brasil, entre estes motivos estão algumas características muito peculiares relacionadas a este setor, características que vão desde a sua concepção e a sua forma de organização até sua susceptibilidade à externalidades como influências naturais, políticas e sociais. Este trabalho oferece uma visão prática sobre a aplicação de tecnologias de automação em sistemas de saneamento e tem como objetivo expor um conjunto de soluções voltadas à automação de sistemas de abastecimento hídrico. Os sistemas automatizados caracterizam-se principalmente pela necessidade de aquisição e envio de informações de um ou mais centros de controle operacionais a estações remotas situadas nas mais diversas localizações como: centros densamente urbanizados, áreas não urbanas, locais de acesso restrito, áreas costeiras, áreas portuárias, localidades subterrâneas e localidades de topografia elevada. Esta diversidade de características demanda um conjunto de soluções de automação, supervisão e gerenciamento de informações para o controle e a gestão do sistema de abastecimento de forma integrada e eficiente. Neste trabalho são descritas algumas destas soluções, aqui denominadas referenciais de análise, com o objetivo de delinear um modelo de automação para sistemas de abastecimento hídrico que possa oferecer subsídios para o desenvolvimento destes sistemas em regiões que ainda não os possuam plenamente automatizados. / Many are the reasons to carry out researches whom involves the sector of basic sanitation in Brazil, among these reasons are some very peculiar characteristics related to this section, characteristics that goes from its conception and organization to its susceptibility to the to external factors as natural, politics and social influences. This work offers a practical vision about the application of automation technologies in systems of sanitation and has as objective to expose a group of solutions oriented to the automation of hydric supply systems. That automated systems are characterized mainly by the necessity of acquisition and information sending of one or more operational control centers to remote stations located in the most several locations as: densely urbanized centers, non urban areas, restricted access places, coastal areas, port areas, underground places and high topography places. This diversity of characteristics demands a group of automation, supervision and administration of information solutions to the control and the administration of the supply system in an integrated and efficient way. In this work some of these solutions are described, here denominated analysis referentials, with the objective of delineating an automation model for hydric supply systems that could offer subsidies for the development of these systems in areas that still don\'t possess them fully automated.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A distributed power supply composed of multiple DC-DC converters connected in parallel offers several advantages in comparison to a centralized solution. Among these benefits are the following: redundancy, system modularity, increased reliability, improved thermal ow on the system and reduction in the physical size of the units. Its main purpose is to evenly share the output current between the converters. In practice, this specification is rarely achieved without the use of a specific control strategy for sharing, since each converter produces output dependent on the tolerances of the components and the line impedance that connects the unit to the load bus. This imbalance in the shared current can cause excessive stress on the units operating outside of their specifications, increasing their chances of failure. Also, it is desirable that any points of failure are minimized or eliminated by adopting a decentralized control strategy, minimizing connections between units. In this work, the generalized model of output current for a i -th converter from a source with n converters connected in parallel is obtained. To obtain this model, each converter present in the system is modeled as a controlled voltage source, connected to the load bus through an individual line resistance. As the main contribution, two strategies to control current sharing between converters are proposed, based on parallelism without communication between modules, specifically the droop control. To validate the design, the simulation results for a power supply containing three converters in parallel applied to a LED street lamp fixture are shown and analyzed. At the end of this document, the conclusions and suggestions for future work involving the subject are developed. / Uma fonte distribuída de potência composta por vários conversores CC-CC conectados em paralelo oferece diversas vantagens em comparação a uma solução centralizada. Entre esses benefícios, destacam-se os seguintes: redund^ancia, modularidade do sistema, aumento da confiabilidade, melhoria no uxo térmico do sistema e redução no tamanho físico das unidades. Seu principal objetivo é compartilhar uniformemente a corrente de saída entre os conversores. Na prática, esta especificação é raramente atingida sem o emprego de uma estratégia de controle específica para o compartilhamento, visto que cada conversor produz saída dependente das tolerâncias de seus componentes e da impedância de linha que o conecta ao barramento de carga. Este desequilíbrio nas correntes compartilhadas pode ocasionar estresse excessivo nas unidades operando fora de suas especificações, aumentando suas chances de falha. Ainda, é desejável que quaisquer pontos de falha sejam minimizados ou eliminados através da adoção de uma estratégia de controle descentralizada, minimizando conexões entre os conversores. Neste trabalho, o modelo generalizado de corrente para um i -ésimo conversor constituinte de uma fonte com n conversores conectados em paralelo é obtido. Para obtenção deste modelo, modelou-se cada conversor presente no sistema como uma fonte de tens~ao controlada, conectado ao barramento de carga através de uma resistência de linha individual. Como principal contribuição, são apresentadas duas estratégias de controle para compartilhamento de corrente entre conversores, baseados no paralelismo sem comunicação entre módulos, mais especificamente o controle por decaimento. Para validar o projeto, são mostrados e analisados os resultados de simulação para uma fonte de potência contendo três conversores em paralelo aplicados a uma lâmpada de LEDs para iluminação pública. No final deste documento, as conclusões e sugestões para futuros trabalhos envolvendo o tema são elaboradas.

Este trabalho propõe a análise da comunicação sem fio para um sistema de controle distribuído de semáforos, a partir da revisão das literaturas, realização de simulações e experimentos, os quais consideram as especificações estabelecidas para o sistema de semáforos. As simulações e os experimentos se baseiam na avaliação do comportamento da comunicação perante a alteração de alguns parâmetros de configuração da rede. O estudo apresentado envolve análises relacionadas ao padrão IEEE 802.11g e às definições da camada física apresentadas nas especificações do padrão. Os métodos utilizados envolvem o estudo e experimentação de parâmetros relacionados à potência de transmissão e recepção, além de análise dos esquemas de modulação utilizados pelo padrão IEEE 802.11g. A metodologia aplicada a este trabalho envolve o conhecimento das características e capacidade dos esquemas de modulação responsáveis pela definição das taxas de transmissão. As análises mostram que a possibilidade de adequação dos parâmetros de configuração de rede, levando em consideração o cenário de aplicação, pode ser um fator essencial para o bom desempenho de todo o sistema. / This work proposes the analysis of wireless communication for a distributed control system of traffic lights, from the review of the literature and conducting simulations and experiments, which consider the specifications established for traffic light system. The simulations and experiments are based on the evaluation of the communication behavior towards changing some network configuration parameters. The study presented involves analysis related to the IEEE 802.11g standard and definitions of the physical layer shown in standard specifications. The methods used involve the study and testing of parameters related to power transmission and reception, and analysis of modulation schemes used by the IEEE 802.11g standard. The methodology applied to this work involves the knowledge of the characteristics and capacity of modulation schemes responsible for setting transmission rates. The analyses show that the possibility of adaptation network configuration parameters considering the application scenario may be an essential factor to the performance of the entire system.

Este trabalho propõe a análise da comunicação sem fio para um sistema de controle distribuído de semáforos, a partir da revisão das literaturas, realização de simulações e experimentos, os quais consideram as especificações estabelecidas para o sistema de semáforos. As simulações e os experimentos se baseiam na avaliação do comportamento da comunicação perante a alteração de alguns parâmetros de configuração da rede. O estudo apresentado envolve análises relacionadas ao padrão IEEE 802.11g e às definições da camada física apresentadas nas especificações do padrão. Os métodos utilizados envolvem o estudo e experimentação de parâmetros relacionados à potência de transmissão e recepção, além de análise dos esquemas de modulação utilizados pelo padrão IEEE 802.11g. A metodologia aplicada a este trabalho envolve o conhecimento das características e capacidade dos esquemas de modulação responsáveis pela definição das taxas de transmissão. As análises mostram que a possibilidade de adequação dos parâmetros de configuração de rede, levando em consideração o cenário de aplicação, pode ser um fator essencial para o bom desempenho de todo o sistema. / This work proposes the analysis of wireless communication for a distributed control system of traffic lights, from the review of the literature and conducting simulations and experiments, which consider the specifications established for traffic light system. The simulations and experiments are based on the evaluation of the communication behavior towards changing some network configuration parameters. The study presented involves analysis related to the IEEE 802.11g standard and definitions of the physical layer shown in standard specifications. The methods used involve the study and testing of parameters related to power transmission and reception, and analysis of modulation schemes used by the IEEE 802.11g standard. The methodology applied to this work involves the knowledge of the characteristics and capacity of modulation schemes responsible for setting transmission rates. The analyses show that the possibility of adaptation network configuration parameters considering the application scenario may be an essential factor to the performance of the entire system.