Thesis (Elec.E)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1980. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Includes bibliographical references. / by Wing Hong Lee. / Elec.E

The fields of System-On-Chip (SOC) and Embedded Systems Design have received a lot of attention in the last years. As part of an effort to increase productivity and reduce the time-to-market of new products, different approaches for Electronic System-Level Design frameworks have been proposed. These different methods promise a transparent co-design of hardware and software without having to focus on the final hardware/software split. In our work, we focused on enhancing the component database, modeling and synthesis capabilities of the System-On-Chip Environment (SCE). We investigated two different virtual platform emulators (QEMU and OVP) for integration into SCE. Based on a comparative analysis, we opted on integrating the Open Virtual Platforms (OVP) models and tested the enhanced SCE simulation, design and synthesis capabilities with a JPEG encoder application, which uses both custom hardware and software as part of the system. Our approach proves not only to provide fast functional verification support for designers (10+ times faster than cycle accurate models), but also to offer a good speed/accuracy relationship when compared against integration of cycle accurate or behavioral (host-compiled) models. / text

Network emulation has been widely used to aid in the development and evaluation of real-time applications. Many of today s applications and protocols need to be tested and evaluated in large scale network environments such as the Internet, which requires emulation tools that meet the requirements of scale, accuracy, timeliness. Due to physical resource constraints in network emulators, existing emulation tools fail to meet these requirements as they are either limited to small and static networks, use simplified network models, or fail to deliver timely emulation results. If more physical resources are devoted to network emulation by utilizing high performance computing facilities, the accuracy and scalability of network emulation can be greatly improved. However, for many users, high performance computing facilities may not be readily available in a local laboratory environment, and co-locating application code with a remote high performance computing facility may be cumbersome and inconvenient. This thesis proposes a network emulation approach called ROSENET (RemOte SErver-based Network EmulaTion) that utilizes a distributed server-based architecture in which local low-fidelity emulators provide real-time QoS predictions to distributed applications, coupled with a remote large scale high-fidelity simulator that continuously updates and calibrates the local low-fidelity emulators. A library-based modeling approach based on online simulation data collection is proposed and a system identification modeling technique is presented. Experimental results examining emulation end-to-end delay and loss show that ROSENET provides a promising approach to network emulation supporting accuracy and scale while meeting real-time constraints. Challenges faced in applying ROSENET to real world applications are addressed through two case studies including applying synthetic workload on DARPA s NMS network topology for large scale network simulation and a contemporary real-time distributed VoIP application Skype.

CAPES / A geração de energia a partir de fontes alternativas é na atualidade tema de inúmeras pesquisas e desenvolvimento no meio científico e industrial. A energia eólica destaca-se nesse cenário como uma das mais proeminentes alternativas na geração de energia elétrica, por suas inúmeras vantagens. Em trabalhos de pesquisa, a reprodução computacional e em bancada do comportamento de uma turbina eólica, incluindo simulação de grandezas mecânicas e elétricas, que afetam diretamente a conversão de energia, são ferramentas muito apropriadas para o desenvolvimento e estudo de novas tecnologias quanto ao aproveitamento do potencial eólico de uma determinada região. Este trabalho aborda estudos referentes ao processo de conversão de energia em sistemas eólicos para geração de energia elétrica, com a finalidade de se desenvolver uma ferramenta para emulação de turbina eólica em bancada experimental, utilizando software LabVIEW®. O objetivo desta ferramenta é emular o torque mecânico desenvolvido no eixo de uma turbina eólica operando em geração distribuída, a partir de uma bancada experimental constituída por motor de indução trifásico e gerador síncrono a imã permanente, sob diferentes condições de velocidade de vento. Tal ferramenta possui o objetivo de ser flexível para demais arranjos laboratoriais, ou seja, capaz de ser empregada em outras estruturas de emulação de geração eólica em tempo real. Uma modelagem do sistema eólico é apresentada, desde a turbina ao gerador elétrico, após uma ferramenta de simulação em ambiente Matlab/Simulink® é desenvolvida com finalidade de pré-validar o experimento em bancada, então é realizada a implementação de projeto em bancada. / Power generation from alternative sources is at present the subject of numerous research and development in science and industry. Wind energy stands out in this scenario as one of the most prominent alternative in the generation of electricity, by its numerous advantages. In research works, computer reproduction and experimental behavior of a wind turbine are very suitable tools for the development and study of new technologies and the use of wind potential of a given region. These tools generally are desired to include simulation of mechanical and electrical parameters that directly affect the energy conversion. This work presents the energy conversion process in wind systems for power generation, in order to develop a tool for wind turbine emulation testing experimental, using LabVIEW® software. The purpose of this tool is to emulate the torque developed in an axis wind turbine. The physical setup consists of a three phase induction motor and a permanent magnet synchronous generator, which are evaluated under different wind speed conditions. This tool has the objective to be flexible to other laboratory arrangements, and can be used in other wind power generation structures in real time. A modeling of the wind power system is presented, from the turbine to the electrical generator. A simulation tool is developed using Matlab/Simulink® with the purpose to pre-validate the experiment setup. Finally, the design is implemented in a laboratory setup.

CAPES / A geração de energia a partir de fontes alternativas é na atualidade tema de inúmeras pesquisas e desenvolvimento no meio científico e industrial. A energia eólica destaca-se nesse cenário como uma das mais proeminentes alternativas na geração de energia elétrica, por suas inúmeras vantagens. Em trabalhos de pesquisa, a reprodução computacional e em bancada do comportamento de uma turbina eólica, incluindo simulação de grandezas mecânicas e elétricas, que afetam diretamente a conversão de energia, são ferramentas muito apropriadas para o desenvolvimento e estudo de novas tecnologias quanto ao aproveitamento do potencial eólico de uma determinada região. Este trabalho aborda estudos referentes ao processo de conversão de energia em sistemas eólicos para geração de energia elétrica, com a finalidade de se desenvolver uma ferramenta para emulação de turbina eólica em bancada experimental, utilizando software LabVIEW®. O objetivo desta ferramenta é emular o torque mecânico desenvolvido no eixo de uma turbina eólica operando em geração distribuída, a partir de uma bancada experimental constituída por motor de indução trifásico e gerador síncrono a imã permanente, sob diferentes condições de velocidade de vento. Tal ferramenta possui o objetivo de ser flexível para demais arranjos laboratoriais, ou seja, capaz de ser empregada em outras estruturas de emulação de geração eólica em tempo real. Uma modelagem do sistema eólico é apresentada, desde a turbina ao gerador elétrico, após uma ferramenta de simulação em ambiente Matlab/Simulink® é desenvolvida com finalidade de pré-validar o experimento em bancada, então é realizada a implementação de projeto em bancada. / Power generation from alternative sources is at present the subject of numerous research and development in science and industry. Wind energy stands out in this scenario as one of the most prominent alternative in the generation of electricity, by its numerous advantages. In research works, computer reproduction and experimental behavior of a wind turbine are very suitable tools for the development and study of new technologies and the use of wind potential of a given region. These tools generally are desired to include simulation of mechanical and electrical parameters that directly affect the energy conversion. This work presents the energy conversion process in wind systems for power generation, in order to develop a tool for wind turbine emulation testing experimental, using LabVIEW® software. The purpose of this tool is to emulate the torque developed in an axis wind turbine. The physical setup consists of a three phase induction motor and a permanent magnet synchronous generator, which are evaluated under different wind speed conditions. This tool has the objective to be flexible to other laboratory arrangements, and can be used in other wind power generation structures in real time. A modeling of the wind power system is presented, from the turbine to the electrical generator. A simulation tool is developed using Matlab/Simulink® with the purpose to pre-validate the experiment setup. Finally, the design is implemented in a laboratory setup.

Orientador: José Raimundo de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-20T00:16:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Belle_Adriane_M.pdf: 2685338 bytes, checksum: 49d8e047de984e5ce1da6b33a9aac90c (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A tecnologia dos processadores tem crescido rapidamente nos últimos anos. Em contrapartida, o ensino de arquitetura de computadores tem dificuldade de acompanhar esta evolução. Os livros textos e as aulas ainda utilizam de recursos estáticos que precisam de longas explicações. Esta dinâmica torna-se incompatível, inclusive, com as experiências, como usuários, de muitos alunos. Este trabalho propõe o desenvolvimento de um ambiente computacional (framework) para apoio ao ensino de arquitetura de processamento, denominado MODPRO. A ideia é dispor de módulos que possam ser interligados formando diversas possíveis estruturas de processamento. Desta maneira, o professor pode desenvolver junto aos alunos e expor de forma visual (utilizando de animações) desde componentes básicos até estruturas de processamento mais avançadas. O MODPRO é composto por um simulador, denominado SIMPRO o qual exibe de forma animada, passo a passo, ou em tempo real, o fluxo de dados e de sinais dentro da estrutura de processamento estudada. O SIMPRO foi desenvolvido em linguagem Javascript e utiliza recursos de Cascading Style Sheets, podendo, ainda, ser acessado pela web. O MODPRO ainda é composto por um emulador, chamado EMUPRO que contém os mesmos módulos do SIMPRO. O seu diferencial está relacionado ao fato de ter sido totalmente desenvolvido em hardware, utilizando a ferramenta QUARTUS II da Altera. Com este recurso, os alunos podem, em laboratório, validar a estrutura desenvolvida em classe. Por serem modulares, tanto o simulador SIMPRO quanto o emulador EMUPRO permitem que novos recursos (módulos) possam ser adicionados, permitindo assim, o ensino e o estudo de diferentes estruturas de processamento / Abstract: The processor technology has grown rapidly in recent years. In constrast, the teaching of computer architectures has difficulties to follow such evolution. The books and the classes still use static resources which need long explanations. This dynamic becomes incompatible with the experiences desirable for most students. This work proposes the development of a computational environment (framework) to support the teaching of processing architecture, which is called MODPRO. The idea is to have modules that can be connected together forming several possible processing structures. Therefore, the professor can develop different scenarios with the students and expose in a visual way (using animation features), from basic components to more advanced processing structures. The MODPRO consists of a simulator, called SIMPRO which displays (in an animated form), step by step or in real-time, the data flow and the signal processing within the structure being studied. The SIMPRO was developed in JavaScript language, uses Cascading Style Sheets and can be accessed via web. The MODPRO also consistes in an emulator called EMUPRO, which contains the same modules of SIMPRO. Its differential is related to the fact that it has been developed entirely in hardware, using the development environment QUARTUS II from Altera. Basically, with the features of MODPRO, the students can validate, in laboratory, the frameworks and the processing structures developed during the classes. Because they are modular, both the simulator SIMPRO and the emulator EMUPRO allow the addition of new features (modules), besides allowing the teaching and the study of different processing structures / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho consiste em um caso de estudo de um emulador de planta industrial implementado em FPGA (Field Programmable Gate Array), a fim de simulação de sistemas em conjunto com um CLP (Controlador Lógico Programável). Com isso, fundamentado na indústria de manufatura, são confrontados resultados práticos de um protótipo de processo industrial com os resultados de um modelo aplicado em FPGA. Dessa maneira, tem-se como objetivo o auxílio em testes em níveis de validação de aplicação em desenvolvimento, aproximação de condições de chão de fábrica, otimização de controle de processo e treinamento em automação industrial baseada em CLP. Como proposta para os modelos, a pesquisa utiliza características de um sistema em malha fechada de controle de velocidade de esteira e a partir desse, um processo de sistema discreto, o qual utiliza como base um processo manufatureiro. Inicialmente a revisão bibliográfica apresenta trabalhos em torno de simulação de sistemas e emuladores baseados em hardware reconfigurável. Também são revisados temas relacionados à indústria de manufatura com a aplicação do CLP, assim como a técnica de modelagem GRAFCET. Em seguida, são apresentadas questões referentes à lógica reconfigurável em torno dos dispositivos FPGA. Na sequência da explanação do tema, é realizada a descrição dos protótipos utilizados, assim como os modelos desenvolvidos em FPGA para o emulador, e assim a realização das comparações dos dados. Com a apresentação dos resultados é possível a verificação da semelhança entre os dois sistemas, físico e modelado na FPGA. As pequenas diferenças detectadas nos resultados obtidos, em alguns pontos da simulação, são discutidas no final do trabalho. / This work is a case study of an industrial plant emulator implemented in FPGA (Field Programmable Gate Array), to simulate systems together with a PLC (Programmable Logic Controller). Based in manufacturing industry, practical results of an industrial process prototype are confronted with the results of an applied model in FPGA. The objective is to assist in testing application validation levels in development, approximation of factory floor conditions, optimization of control process and training in industrial automation based on PLC. As a proposal for the models, the research use characteristics of a closed loop speed control system and from this, a discrete system process, which uses as a basis a manufacturing process. Initially the bibliographic review presents works around simulation of systems and emulators based on reconfigurable hardware. Also are reviewed topics related to the manufacturing industry with the application of PLC, beside the GRAFCET modeling technique. Next, questions will set out questions about reconfigurable logic around FPGA devices. Following the explanation of the theme, we describe the used prototypes and the developed models developed in FPGA for the emulator. Finally the obtained data are compared. With the presentation of the results is possible to verify the similarity between the two systems, physical and modeling in the FPGA. The small differences detected in the results obtained, in some points of the simulation, are discussed at the end of the work.

Neste trabalho é apresentada uma abordagem de controle de demanda para consumidores residenciais de baixa tensão, visando melhoria da eficiência energética em Smart Grids. Inicialmente, um emulador de cargas elétricas residenciais é modelado com base na literatura. O emulador é composto pelo modelo de um reservatório de aquecimento de água (boiler), o modelo de um aparelho de ar condicionado e também modelos de consumo de iluminação, televisores e uma geladeira. Utilizando o software Matlab foi realizada a implementação e simulação do emulador. Os principais algoritmos de controle de demanda são investigados, a fim de verificar o seu desempenho quando aplicados ao conjunto de cargas residenciais. Esses algoritmos normalmente realizam o controle de demanda a partir de um sistema de prioridades. Ainda, a partir dessa analise demostra-se que estes algoritmos consideram níveis de conforto do usuário, porém não permitem o acionamento de duas ou mais cargas em um mesmo período caso a demanda da residência ultrapasse um limite predeterminado. Portanto, propõem-se um algoritmo de controle de demanda adaptativo que utiliza o método de busca Rosenbrock, com o objetivo de sobrepujar tais limitações. O procedimento proposto realiza a operação das cargas residenciais de forma gradual considerando níveis de prioridade e parâmetros de conforto dos usuários. Demonstra-se através de simulações e experimentos que através do método proposto é possível realizar a ativação de diversas cargas concorrentemente, desde que respeitados os níveis de conforto e de demanda. Para obtenção dos resultados experimentais o controlador de demanda foi implementado em um sistema embarcado e testado com o emulador de cargas elétricas residenciais implementado em uma arquitetura HIL (Hardware-in-the-loop). Analisando os resultados, observou-se que o consumo de energia foi o mesmo para todos os cenários simulados sendo que a demanda se manteve abaixo dos limites parametrizados. Porém com o limitador de demanda ativo, se obteve uma redução de até 52% no tempo de aquecimento da água utilizando o controlador de demanda adaptativo, dessa forma o desconforto dos usuários pode ser minimizado. / This work presents an approach to control demand for residential low voltage consumers, aiming to improve energy efficiency in Smart Grids. Initially, an emulator of residential electric loads is modeled based on the literature. The emulator consists of a reservoir for water heating model, the model of an air conditioner and also models of consumption for lighting, televisions and a refrigerator. The implementation and simulation were performed using software Matlab. The demand control algorithms are investigated in order to verify its performance when applied to the set of residential loads. These algorithms typically perform control demand from a system of priorities. Still, from this analysis it demonstrates that these algorithms consider levels of user comfort, but do not allow the drive of two or more loads in the same period of residence if the demand exceeds the limit. Therefore, we propose a control algorithm that uses Rosenbrock search of demand adaptive method, aiming to overcome these limitations. The proposed procedure performs the operation of residential loads gradually considering priority levels and parameters of comfort of users. It is shown through simulations and experiments using the proposed method can perform the activation of several concurrently loads, provided they comply with the limits of comfort and demand. To obtain the experimental results demand the controller was implemented in an embedded system and tested with the emulator residential electrical loads implemented in a HIL (Hardware-in-theloop) architecture. Analyzing the results, it was observed that the power consumption is the same for all scenarios simulated and demand remained below parametric limits. But with the demand limiter active, we obtained a reduction of up to 52% in heat water using the demand controller adaptive, so the discomfort of the users can be minimized.

Neste trabalho é apresentada uma abordagem de controle de demanda para consumidores residenciais de baixa tensão, visando melhoria da eficiência energética em Smart Grids. Inicialmente, um emulador de cargas elétricas residenciais é modelado com base na literatura. O emulador é composto pelo modelo de um reservatório de aquecimento de água (boiler), o modelo de um aparelho de ar condicionado e também modelos de consumo de iluminação, televisores e uma geladeira. Utilizando o software Matlab foi realizada a implementação e simulação do emulador. Os principais algoritmos de controle de demanda são investigados, a fim de verificar o seu desempenho quando aplicados ao conjunto de cargas residenciais. Esses algoritmos normalmente realizam o controle de demanda a partir de um sistema de prioridades. Ainda, a partir dessa analise demostra-se que estes algoritmos consideram níveis de conforto do usuário, porém não permitem o acionamento de duas ou mais cargas em um mesmo período caso a demanda da residência ultrapasse um limite predeterminado. Portanto, propõem-se um algoritmo de controle de demanda adaptativo que utiliza o método de busca Rosenbrock, com o objetivo de sobrepujar tais limitações. O procedimento proposto realiza a operação das cargas residenciais de forma gradual considerando níveis de prioridade e parâmetros de conforto dos usuários. Demonstra-se através de simulações e experimentos que através do método proposto é possível realizar a ativação de diversas cargas concorrentemente, desde que respeitados os níveis de conforto e de demanda. Para obtenção dos resultados experimentais o controlador de demanda foi implementado em um sistema embarcado e testado com o emulador de cargas elétricas residenciais implementado em uma arquitetura HIL (Hardware-in-the-loop). Analisando os resultados, observou-se que o consumo de energia foi o mesmo para todos os cenários simulados sendo que a demanda se manteve abaixo dos limites parametrizados. Porém com o limitador de demanda ativo, se obteve uma redução de até 52% no tempo de aquecimento da água utilizando o controlador de demanda adaptativo, dessa forma o desconforto dos usuários pode ser minimizado. / This work presents an approach to control demand for residential low voltage consumers, aiming to improve energy efficiency in Smart Grids. Initially, an emulator of residential electric loads is modeled based on the literature. The emulator consists of a reservoir for water heating model, the model of an air conditioner and also models of consumption for lighting, televisions and a refrigerator. The implementation and simulation were performed using software Matlab. The demand control algorithms are investigated in order to verify its performance when applied to the set of residential loads. These algorithms typically perform control demand from a system of priorities. Still, from this analysis it demonstrates that these algorithms consider levels of user comfort, but do not allow the drive of two or more loads in the same period of residence if the demand exceeds the limit. Therefore, we propose a control algorithm that uses Rosenbrock search of demand adaptive method, aiming to overcome these limitations. The proposed procedure performs the operation of residential loads gradually considering priority levels and parameters of comfort of users. It is shown through simulations and experiments using the proposed method can perform the activation of several concurrently loads, provided they comply with the limits of comfort and demand. To obtain the experimental results demand the controller was implemented in an embedded system and tested with the emulator residential electrical loads implemented in a HIL (Hardware-in-theloop) architecture. Analyzing the results, it was observed that the power consumption is the same for all scenarios simulated and demand remained below parametric limits. But with the demand limiter active, we obtained a reduction of up to 52% in heat water using the demand controller adaptive, so the discomfort of the users can be minimized.