Orientador : Prof. Dr. Luis Henrique A. Lolis / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 17/08/2017 / Inclui referências : f. 74-77 / Resumo: Neste trabalho, é apresentada uma arquitetura para receptor baseada em subamostragem, explorando uma baixa frequencia intermediaria, implementando a demodulacao do sinal e rejeicao de sinal imagem sem o uso de osciladores de frequencia variavel. O trabalho iniciou com um estudo do estado-da-arte de arquiteturas de receptores de radiofrequencia baseados em tempo discreto, as quais foram classificadas em duas famílias. Analisando as características mais atraentes de tais arquiteturas, um novo sistema foi proposto. Um estudo de revisao bibliografica foi realizado para compreender os conceitos envolvidos no trabalho. Nesta nova arquitetura, o sinal em radiofrequencia (RF) e deslocado para uma frequencia intermediaria baixa com subamostragem em dupla quadratura. Uma frequencia de amostragem fixa e reduzida e utilizada. O segundo deslocamento em frequencia em quadratura e obtido com o uso de amplificadores com ganho variavel programaveis, o que e feito no tempo discreto ao multiplicar o sinal amostrado com o formato de ondas discretas do seno e cosseno na frequencia intermediaria (IF). O conceito de multibanda pode ser explorado ao escolher harmônicas diferentes do sinal de amostragem para fazer o primeiro deslocamento em frequencia do sinal. Atraves do dimensionamento sistemico e da definicao do plano de frequencia, a arquitetura mostrou-se apropriada para os padroes LTE e IEEE802.11g. O sistema foi modelado usando a ferramenta ADS Ptolemy e validado ao demodular corretamente os sinais nos padroes acima citados para os testes de sensibilidade e de nao linearidade usando o ponto de intersecao de terceira ordem. A rejeicao de imagem obtida para esta arquitetura foi de 46 dB usando uma configuracao de 6 bits. Palavras chave: subamostragem, receptor RF, low-IF, rejeicao de imagem. / Abstract: This work presents a bandpass sampling receiver architecture, with a low IF approach while implementing downconversion and image rejection without mixer or frequencyvarying oscillators. The work starts with a study of the state-of-art discrete time receiver architectures, which have been separated in two types of families of systems. After identifying the most attractive features of each architecture, a new system was proposed. A theoretical study about communication fundamentals was made to support this work. In the proposed architecture, the RF signal is downcoverted to a low-IF by means of a quadrature bandpass sampling. A fixed and reduced sampling frequency is applied. The second quadrature downconversion to baseband is accomplished using time-varying gain amplifiers, which is done in discrete time domain by multiplying the signal with discrete cosine and sine waves of the IF. Multiband can be addressed by choosing a different harmonic of the sampling signal to shift the signal frequency. The system level budget carried along the frequency plan showed the suitability of such receiver for the LTE and IEEE802.11g standards. The system was modelled using ADS Ptolemy and validated while correctly downconverting and demodulating the IEEE802.11g and LTE signals for the sensitivity and non-linearity tests. The obtained image rejection of the architecture for 6 bits was 46 dB. Key-words: Bandpass sampling, RF receiver, low-IF, image rejection

Orientador : Prof. PhD. Bernardo Leite / Coorientador : Prof. PhD. André Mariano / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 30/08/2017 / Inclui referências : p. 95-98 / Resumo: A demanda da sociedade moderna por dispositivos de comunicac¸a˜o que possam trabalhar com altas taxas de transferˆencia de dados e baixo consumo de energia promove o desen- volvimento tecnolo'gico de soluc¸o˜es de comunicac¸a˜o inovadoras, que possibilitem melhorar a eficiˆencia dos sistemas de comunicac¸a˜o existentes, em especial os sistemas mo'veis. Neste contexto, este trabalho apresenta uma arquitetura para receptor baseada em subamostra- gem, explorando uma baixa frequˆencia intermedi'aria, implementando a demodula¸c˜ao do sinal e rejeic¸a˜o de sinal imagem onde se dispensa o uso de circuitos complexos para s'?ntese de frequˆencia. Para a implementa¸c˜ao deste receptor, torna-se necess'ario desenvolver um amplificador de ganho programa'vel, responsa'vel pelo segundo deslocamento em frequˆencia realizado pelo receptor. Neste vi'es este trabalho relata o estudo das topologias conhecidas, escolha da topologia que melhor se aplica para a implementa¸c˜ao deste amplificador de ganho programa'vel, em tecnologia CMOS de 130 nm, para possibilitar a prova de conceito do receptor citado. Normalmente circuitos amplificadores de ganho varia'vel sa˜o utilizados em blocos de controle autom'atico de ganho que trabalham em frequˆencias mais baixas. Entretanto, o presente estudo visa a aplicac¸a˜o deste amplificador em radiofrequˆencia, logo na recepc¸a˜o do sinal transmitido, em uma nova topologia de recepc¸a˜o de sinais torna des- necessa'ria a s'?ntese e translac¸a˜o em frequˆencia. Uma primeira arquitetura de amplificador de ganho program'avel foi proposta, utilizando-se de um amplificador em malha aberta, composto por ramos de amplificac¸a˜o baseados em pares diferenciais e ramos de carga que se utilizam de transistores conectados como diodos. A variac¸a˜o do ganho foi obtida atrav'es da varia¸c˜ao simultˆanea da raz˜ao de aspecto dos transistores e da corrente de polariza¸c˜ao dos ramos de amplifica¸c˜ao e carga. Esta primeira arquitetura apresentava varia¸c˜ao expo- nencial do ganho e uma palavra de controle de 3 bits, resultando em 8 n'?veis de ganho distintos. Uma revisa˜o dos requisitos do receptor levou a' implementac¸a˜o de uma variac¸a˜o da primeira topologia que, utilizando o principio da c'elula de Gilbert, implementou um amplificador capaz de promover tamb'em ganhos negativos. Nesta revis˜ao da arquitetura a palava de controle aumentou para 4 bits, levando o amplificador a fornecer 16 n'?veis de ganho. Baseado nesta arquitetura revisada, desenvolveu-se um circuito final para o amplificador de ganho program'avel pretendido. Este amplificador apresentou frequˆencia de corte superior 'a 1 GHz e velocidade de transi¸c˜ao dos n'?veis de ganho pr'oxima a 1 ns. Tais resultados se mostraram satisfat'orios para o circuito pretendido, possibilitando a fabrica¸c˜ao do circuito no prosseguimento deste estudo. Palavras-chave: Amplificador de ganho programa'vel; Amplificador de ganho varia'vel; Con- trole autom'atico de ganho; Radiofrequˆencia; Microeletrˆonica; CMOS. / Abstract: The demand of modern society for communication devices that can work with high data rates and low power consumption promotes the technological development of innovative communication solutions that enable improving the efficiencie of existing communication systems, especially mobile systems. Thus this work presents a bandpass sampling receiver architecture, with a low IF approach while implementing downconversion and image re- jection without complex circuits for frequency synthesis. To implement this receiver, it is necessary to develop a programmable gain amplifier, responsible for the second frequency translation performed by the receiver. In this context, this work reports the study of the known topologies, the choice of the topology that best applies for the implementation of this programmable gain amplifier, in 130 nm CMOS technology, to perform the proof of concept of the receiver mentioned. Variable gain amplifier circuits are typically used in automatic gain control blocks that work at lower frequencies. However, the present study aims at the application of this amplifier in radiofrequency, in the reception of the transmitted signal, in a new topology of reception of signals it becomes unnecessary the synthesis and translation in frequency. A first programmable gain amplifier architecture was proposed, using an open-loop amplifier composed of amplifier arms based on differen- tial pairs and load arms using diode-connected transistors. The gain variation was reached by the simultaneous variation of the aspect ratio of the transistors and the bias current of the amplification and load arms. This first architecture performed an exponential gain variation and a 3-bit control word, resulting in 8 different gain levels.A review of receiver requirements led to the development of a variation of the first topology that made it possible to obtain negative gains when using the Gilbert cell principle. In this review of the architecture the control word increased to 4 bits, leading the amplifier to provide 16 gain levels. Based on this revised architecture, a final circuit was developed for the desired programmable gain amplifier. This amplifier showed a cutoff frequency greater than 1 GHz and a transition speed of gain levels close to 1 ns. These results were satisfactory for the intended circuit, making possible the circuit fabrication in the continuation of this study. Key-words: Programmable gain amplifier; Variable gain amplifier; Automatic gain control; High frequency; Microelectronics; CMOS.

Orientador : Prof. Leandro dos Santos Coelho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 25/08/2016 / Inclui referências : p. 83-85 / Resumo: A Recirculação de Gases de Escape é um método que visa à diminuição da emissão de uma importante classe de poluente, os Óxidos de Nitrogênio. Esta redução é alcançada por meio da diminuição da temperatura em que a queima do combustível ocorre, ocasionada pela reinserção de parte dos gases de escape, inertes na combustão, na admissão do motor através de uma válvula. Essa válvula, chamada de Válvula de Recirculação de Gases de Escape, é um sistema eletromecânico composto por um motor de corrente contínua, um trem de engrenagens e a própria válvula. O posicionamento da abertura desta válvula é diretamente ligado à quantidade de gases recirculados e, por consequência, à quantidade de poluentes emitidos. Portanto, o estudo e controle de sua dinâmica são realizados neste trabalho. São investigadas as estruturas de modelos Autorregressivos lineares e não-lineares, as quais, utilizando dados obtidos dessa válvula, servirão para modelar a dinâmica do sistema. A seleção de estrutura desses modelos é realizada por intermédio da Programação de Expressão Gênica, um algoritmo bioinspirado otimizador de estruturas. Um controlador Proporcional-Integral a ser aplicado é obtido por meio da otimização de seus parâmetros pelo Algoritmo Genético. Também foi investigado e aplicado o Controlador Preditivo Generalizado, que calcula o sinal de controle ideal por meio da estimativa das respostas futuras utilizando um modelo do sistema. Posteriormente, foram comparados os modelos encontrados e o desempenho dos controladores aplicados. Palavras-chave: Recirculação de Gases de Escape. Identificação de Sistemas. Algoritmos Genéticos. Programação de Expressão Gênica. Controle de Sistemas. / Abstract: The Recirculation of Exhaust Gases is a method wich aim to reduce the emission of a Oxides of Nitrogen, a relevant pollutant class. This reduction is achieved by decreasing the temperature the fuel burns, achieved through the reinsertion of exhaust gases into the engine inlet through a poppet valve, theses gases are inert in the combustion process. Such valve, so-called Recirculation Exhaust Gas Valve, is an electromechanical system composed by a DC motor, a gear train and the valve itself. The positioning of the valve's opening is directly attached to the amount of recirculated gas and therefore the amount of pollutants emitted. Therefore the study and control of it's dynamics are carried out in this work. We'll investigate the structures of linear and nonlinear autoregressive models, which will be used to model the system dynamics taking in account the data collected from the valve. The selection of these models structure is accomplished by Gene Expression Programming, a bioinspired structure optimization. A Genetic Algorithm is used to optimize the parameters of a Proportional-Integral Controller which will be applied in the system. We will also investigate and apply the Generalized Predictive Controller, which calculates the optimal control signal by estimating the future responses using a system model. Later, we compare the models results and the performances of the applied controllers. Keywords: Exhaust Gases Recirculation. System Identification. Genetic algorithms. Gene Expression Programming. Control systems.

Orientador : Lucas Ferrari de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 29/08/2016 / Inclui referências : f. 72-76 / Área de concentração: Sistemas eletrônicos / Resumo: Câncer é uma das causas com mais mortalidade mundialmente. Câncer de pulmão é o tipo de câncer mais comum (excluíndo câncer de pele não-melanoma). Seus sintomas aparecem em estágios mais avançados, o que dificulta o seu tratamento. Para diagnosticar o paciente, a tomografia computadorizada é utilizada. Ela é composta de diversos cortes, que mapeiam uma região 3D de interesse. Apesar de fornecer muitos detalhes, por serem gerados vários cortes, a análise de exames de tomografia computadorizada se torna exaustiva, o que pode influenciar negativamente no diagnóstico feito pelo especialista. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de métodos para a segmentação do pulmão e a detecção de nódulos em imagens de tomografia computadorizada do tórax. As imagens são segmentadas para separar o pulmão das outras estruturas e após, detecção de nódulos utilizando a técnicas de superpixeis são aplicadas. A técnica de Rótulamento dos Eixos teve uma média de preservação de nódulos de 93,53% e a técnica Monotone Chain Convex Hull apresentou melhores resultados com uma taxa de 97,78%. Para a detecção dos nódulos, as técnicas Felzenszwalb e SLIC são empregadas para o agrupamento de regiões de nódulos em superpixeis. Uma seleção de candidatos à nódulos baseada em shape index e curvedness é aplicada para redução do número de superpixeis. Para a classificação desses candidatos, foi utilizada a técnica de Florestas Aleatórias. A base de imagens utilizada foi a LIDC, que foi dividida em duas sub-bases: uma de desenvolvimento, composta pelos pacientes 0001 a 0600, e uma de validação, composta pelos pacientes 0601 a 1012. Na base de validação, a técnica Felzenszwalb obteve uma sensibilidade de 60,61% e 7,2 FP/exame. Palavras-chaves: Câncer de pulmão. Detecção de nódulos. Superpixel. Shape index. / Abstract: Cancer is one of the causes with more mortality worldwide. Lung cancer is the most common type (excluding non-melanoma skin cancer). Its symptoms appear mostly in advanced stages, which difficult its treatment. For patient diagnostic, computer tomography (CT) is used. CT is composed of many slices, which maps a 3D region of interest. Although it provides many details, its analysis is very exhaustive, which may has negatively influence in the specialist's diagnostic. The objective of this work is the development of lung segmentation and nodule detection methods in chest CT images. These images are segmented to separate the lung region from other parts and, after that, nodule detection using superpixel methods is applied. The Axes' Labeling had a mean of nodule preservation of 93.53% and the Monotone Chain Convex Hull method presented better results, with a mean of 97.78%. For nodule detection, the Felzenszwalb and SLIC methods are employed to group nodule regions. A nodule candidate selection based on shape index and curvedness is applied for superpixel reduction. Then, classification of these candidates is realized by the Random Forest. The LIDC database was divided into two data sets: a development data set composed of the CT scans of patients 0001 to 0600, and a untouched, validation data set, composed of patients 0601 to 1012. For the validation data set, the Felzenszwalb method had a sensitivity of 60.61% and 7.2 FP/scan. Key-words: Lung cancer. Nodule detection. Superpixel. Shape index.

Orientador : Prof. Dr. Gustavo Henrique da Costa Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 21/02/2017 / Inclui referências : f. 131-134 / Área de concentração / Resumo: A identificação de sistemas está presente em diversas áreas da engenharia onde um modelo matemático altamente preciso é exigido. Embora diferentes tipos de estruturas de modelo possam ser usadas para identificação de sistemas lineares invariantes no tempo (OE, ARX, BJ, ARMAX, por exemplo), o caso particular que considera a utilização de bases de funções racionais (BFR) tem sido bastante investigado nos últimos anos. Modelos baseados em BFRs podem ser considerados como uma representação alternativa para a estrutura OE convencional e são essencialmente constituídos pela combinação linear de funções racionais de uma determinada base. As seguintes bases são aqui estudadas: funções do tipo poloresíduo, funções ortonormais de Takenaka-Malmquist e funções de frequência localizada. Neste trabalho é proposto um método unificado para construção dessas bases no espaço de estados. Além disso, um novo conjunto de funções de frequência localizada para o caso de polos complexos conjugados é também proposto. Com relação à estimação dos parâmetros do modelo, este trabalho considera diferentes técnicas para identificação em ambos os domínios: tempo e frequência. No domínio do tempo, esta pesquisa propõe um novo procedimento baseado nas iterações de Steiglitz-McBride. Tal proposta é então estendida usando variáveis instrumentais. No domínio da frequência, uma formulação equivalente baseada em variáveis instrumentais e nas iterações de Sanathanan-Koerner é também proposta. Com base nos estudos de caso avaliados, é possível concluir que a utilização das funções ortonormais de Takenaka-Malmquist resulta em modelos precisos ao mesmo tempo em que o algoritmo de identificação se mantém com matrizes melhor condicionadas numericamente. Ressalta-se que um desses estudos de caso trata da modelagem de um sistema de potência implementado no software EMTP-RV, enquanto outro estudo de caso considera ainda dados reais extraídos de um transformador de potência. Palavras-chave: identificação de sistemas. bases de funções racionais. variáveis instrumentais. iterações de Sanathanan-Koerner. iterações de Steiglitz-McBride. / Abstract: System identification is present in several areas of engineering where a highly accurate mathematical model is required. Although many different types of model structures may be used for linear time invariant system identification (OE, ARX, BJ, ARMAX, for instance), the particular case of using rational basis functions (RBF) has been intensively investigated in recent years. RBF-based models can be considered as an alternative output-error (OE) representation and are essentially composed by a linear combination of rational functions that belong to a certain basis. The following bases are here studied: pole-residue type functions, Takenaka-Malmquist orthonormal functions and frequency localizing functions. In this work it is proposed a unifying method for constructing such bases by using statespace realizations. Moreover, a new set of frequency localizing functions for the case of complex conjugate poles is also proposed. Concerning the estimation of the model parameters, this work addresses (different) techniques for both time and frequency domain identification. In the time domain, this research proposes a novel procedure based on the Steiglitz-McBride iteration. Such proposal is then extended by using instrumental variables. In the frequency domain, an equivalent instrumental variable formulation based on the Sanathanan-Koerner iteration is also proposed. Based on the case studies evaluated, it is possible to conclude that the use of Takenaka-Malmquist orthonormal functions results in accurate models at the same time the identification algorithm remains with matrices that are better numerically-conditioned. It is noteworthy that one of these case studies deals with the modeling of a power system implemented in the EMTP-RV environment, whereas another case study considers actual data extracted from a power transformer. Keywords: system identification. rational basis functions. instrumental variables. Sanathanan- Koerner iterations. Steiglitz-McBride iterations.

Orientadora : Profª Drª Thelma Solange Piazza Fernandes / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 20/03/2015 / Inclui referências : fls. 144-149 / Área de concentração: Sistemas de energia / Resumo: Este trabalho apresenta um modelo computacional para solução do problema do prédespacho de potência ativa e reativa de sistemas hidrotérmicos, considerando o gerenciamento da demanda para cargas pré-selecionadas. O problema de otimização é resolvido pelo Método dos Pontos Interiores versão Primal-Dual, que procura otimizar a demanda das cargas selecionadas ao longo de um horizonte de curto prazo, de modo a utilizar a energia hidrelétrica disponível e atender outras condições, tais como minimização do custo da geração termelétrica e minimização das perdas de transmissão. O gerenciamento da carga é feito por meio do remanejamento horário de parte dessas cargas (por exemplo, parte das cargas dos horários de carga pesada é remanejado para os horários de carga leve). Quando somente o gerenciamento não é suficiente para atender às restrições do problema, parte da carga é cortada. São apresentados resultados para um sistema de 33 barras abstraído do subsistema Sul, para três cenários de carga: a) despacho diário no período úmido, considerando patamares horários; b) despacho horário no período seco, também considerando patamares horários; c) despacho semanal considerando patamares de carga leve, média e pesada. Para cada cenário são analisados resultados tais como o despacho das usinas, o gerenciamento das cargas em função da tensão mínima e a energia cortada. Para os cenários (a) e (c), em particular, são ainda feitas comparações dos resultados do modelo com aqueles obtidos por meio de um modelo convencional que utiliza geradores fictícios nas barras das hidrelétricas. As diferenças na energia cortada, nos cenários nos quais a comparação pode ser feita, são inferiores a 4%. Palavras-chave: Pré-Despacho. Gerenciamento pelo Lado da Demanda. Pontos Interiores. / Abstract: This work presents a computational model for solving the problem of active and reactive power pre-dispatch of hydrothermal systems, considering the demand management of pre-selected loads. The optimization problem is solved by means of the Primal-Dual Interior Points Method, which tries to optimize the demand of selected loads through a short run horizon, using the hydroelectric energy available and meeting other conditions, such as the minimization of thermoelectric generation costs and the minimization of transmission losses. Load management is done relocating part of these loads (as for an example, part of the peak-time load is relocated to the light-time load hours). When only the management is not enough to meet the problem constraints, load is partially cut. Results are presented for a 33 bus system abstracted from the Brazilian South subsystem, for three load scenarios: a) daily dispatch for a wet period; b) daily dispatch for a dry period; c) weekly dispatch, considering light, medium and heavy load hours. For each scenario, results such the power plants dispatch, load management as a function of minimum voltage and energy curtail are analyzed. For scenarios (a) and (c), in particular, comparisons of the results of the proposed model with those obtained using a conventional model using fictitious generators in hydroelectric bars are made. Differences in the energy curtail, in scenarios where this comparison can be made, are shown to be less than 4%. Key words: Pre-Dispatch. Demand Side Management. Interior Points.

Orientador : Prof. PhD. André Augusto Mariano / Coorientador : Prof. Bernardo Leite / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 01/12/2016 / Inclui referências : f. 104-106 / Área de concentração / Resumo: Neste trabalho apresenta-se uma arquitetura de sistema de captação de energia, com capacidade para fornecer alimentação a sensores e dispositivos ou para armazenar a energia em uma bateria ou capacitor. A arquitetura proposta é composta por um conversor RF para CC, um pré-elevador de tensão, um oscilador em anel, um elevador de tensão, um regulador de tensão e um circuito de referência de tensão e corrente. Considera-se que o conversor RF para CC forneça 200 mV para que na saída do elevador de tensão obtenha-se 1,2 V. O gerador de clock, na frequência de 3,25 MHz com duas fases, é alimentado com a tensão de 400 mV, para aumentar a eficiência do elevador de tensão. A tensão de saída do sistema é 1,0 V, entregue pelo regulador de tensão a partir de 1,2 V de entrada. Os circuitos são projetados usando tecnologia CMOS 130 nm. Simulações pós-leiaute mostram que o consumo total de corrente desses três blocos principais é de aproximadamente 130 ?A, permitindo alimentar uma carga de 2 ?A, com tensão de 1 V estável na saída. Dois circuitos foram enviados para serem fabricados: o primeiro contendo o oscilador em anel com o buffer e o elevador de tensão, e o segundo um regulador de tensão incrementado pela fonte de referência de tensão externa e corrente interna. Os resultados de medidas dos dois circuitos apresentaram resultados semelhantes aos das simulações. Palavras chave: captação de energia; regulador de tensão; elevador de tensão; oscilador em anel; microeletrônica; baixo consumo; baixa tensão. / Abstract: In this work an architecture of energy harvesting is presented. The system provides power supply to sensors, devices and it is able to storage energy in a battery or capacitor. The proposed architecture consists of an RF-DC converter, a voltage pre-booster, a ring oscillator, a voltage booster, a voltage regulator and a voltage and current reference circuits. It is considered that the RF-DC converter provides 200 mV for the voltage booster to raise to 1.2 V. The clock generator operates at 3.25 MHz with two stages and powered with a voltage of 400 mV, to increase the efficiency of the voltage booster. The output voltage of the system is 1.0 V delivered by the voltage regulator from the input of 1.2 V. The circuits are designed using a 130 nm CMOS technology. Post-layout simulations have shown that the total current consumption of these three main blocks is approximately 130 ?A, allowing to sustain a load of 2 ?A, with a stable 1 V output voltage. Two circuits were fabricated: the first containing the ring oscillator with the buffer and the voltage elevator, the second, a voltage regulator, with internal and external voltage sources. The measurement results of the proposed circuits are similar to those from simulations. Keywords: energy harvesting; voltage regulator; charge pump; ring oscillator; DC/DC converter; microelectronic; low power; low voltage.

Orientador : Prof. Bernardo Rego Barros de Almeida Leite / Coorientador : Prof. André Augusto Mariano / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 08/05/2017 / Inclui referências : f.78-81 / Resumo: Este trabalho apresenta um passo a passo para qualificar a utilização de simulações eletromagnéticas com a finalidade de prever o comportamento de elementos passivos, especialmente indutores. Três dispositivos foram projetados, medidos e simulados. Tratam-se de dois indutores de duas camadas em que um deles possui uma estrutura de blindagem de substrato e um indutor de apenas uma camada (também com a blindagem). Os três elementos apresentam uma topologia octogonal simétrica. Os elementos são detalhados, bem como suas topologias e parâmetros construtivos. Para a análise individual dos dispositivos, o desacoplamento dos elementos externos é realizado. Figuras de mérito e parâmetros de análise são estabelecidos e utilizados para examinar a operação dos indutores através da comparação entre eles, visando demonstrar o efeito de certos parâmetros de projeto na performance dos elementos. A simulação eletromagnética é analisada através da comparação entre as figuras de mérito obtidas através da medição dos elementos e os dados obtidos pelas simulações. Investigam-se os parâmetros de análise para identificar causas de possíveis discrepâncias entre a simulação e os circuitos medidos. As simulações eletromagnéticas apresentaram resultados próximos às medidas, entretanto, algumas configurações podem ser melhor exploradas, o que poderia levar a melhores resultados. No pior caso, as simulações eletromagnéticas apresentaram uma discrepância de 15,7% no fator de qualidade máximo, 2,3% na frequência de ressonância e 9,9% na indutância de baixa frequência em relação aos dados obtidos da medição. Palavras-Chave: Indutores, Simulações Eletromagnéticas, Microeletrônica / Abstract: This work presents a step-by-step process to determine the applicability of electromagnetic simulations to predict inductor behavior. Three elements were designed, measured, characterized and simulated. These elements are a shielded double-layered, a shieldless double-layered and a shielded single-layered symmetric inductor. The elements are presented, their topology and constructive parameters are described and their differences are discussed. The devices were measured and the data were adapted as necessary. To evaluate the elements performance (as well as the simulation) analysis parameters are established and detailed. The elements' parameters are compared and discrepancies are highlighted. The performances of these elements are rated according to figures of merit such as equivalent inductance (5.1 nH for the double-layered elements and 5.5 nH for the single-layered), maximum quality factor (11.2 for the shielded double-layered, 12.2 for the shieldless double-layered, and 10.3 for the single-layered inductors) and self-resonant frequency (6.84 GHz, 6.89 GHz, and 8.3 GHz, respectively). The electromagnetic simulation presents results close to measurement; however, exploring not tested configurations could lead to improvements. In the worst presented case, the maximum quality factor displayed a discrepancy of 15.7%, the self-resonant frequency presented a 2.3% discrepancy, and the low frequency inductance showed a 9.9% difference between simulation and measured data. Keywords: Inductors, Electromagnetic Simulations, Microelectronics

Orientador : Prof. Dr. Leandro dos Santos Coelho / Coorientador : Prof. Dr. Lucas Weihmann / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 13/04/2016 / Inclui referências : f. 108-115 / Área de concentração: Sistemas eletrônicos / Resumo: A demanda da sociedade por soluções inteligentes e aptas a substituir o humano em determinadas tarefas, juntamente com o cenário tecnológico atual, impulsionaram o desenvolvimento de sistemas mecatrônicos avançados e programados para suprir essa necessidade. Dentre esses sistemas estão os robôs humanoides, que são máquinas que buscam imitar o comportamento humano em determinados aspectos. Tais robôs podem ser utilizados na sociedade em tarefas que exigem força extrema, para preservar a saúde de trabalhadores, no tratamento psicológico de crianças e até para auxiliar idosos em tarefas do cotidiano. Porém, os robôs humanoides são mecanismos que, em contato o com meio, estão sujeitos a ação gravitacional, podendo sofrer deslizamento e tombamento, assim como os humanos. Portanto, essas máquinas requerem técnicas eficientes para projetá-las e controlá-las, respeitando as respectivas limitações e integrando seu funcionamento em contato com o meio. A presente pesquisa avalia o desempenho das Metaheurísticas de Otimização Multiobjetivo (MOMs) denominadas Algoritmo Genético de Ordenação Não Dominante II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II - NSGA-II), Evolução Diferencial para Otimização Multiobjetivo (Differential Evolution for Multiobjective Optimization - DEMO), Otimização por Enxame de Partículas Multiobjetivo (Multiobjective Particle Swarm Optimization - MOPSO) e Busca Harmônica Multiobjetivo (Multiobjective Harmony Search - MOHS) aplicadas ao problema de máxima força estática e menor requisição de torque de um robô humanoide programado para executar uma tarefa de força horizontal. A metodologia adotada para cumprir tal objetivo é uma extensão à proposta de Weihmann, na qual são otimizadas as capacidades de força de manipuladores robóticos seriais e paralelos. Diferentemente de tal proposta, na presente pesquisa o problema de otimização é modelado com duas funções de custo e, por se tratar de um humanoide, considera os fatores rugosidade nos contatos com o meio e Zero Moment Point. As métricas de desempenho Número de Soluções não Dominadas (NSND), Distância Euclidiana Média (DEM), Hipervolume (HV) e Espaçamento (E) são aplicadas aos conjuntos de soluções obtidas pelas MOMs e o teste de significância estatística não-paramétrico de Wilcoxon é aplicado aos resultados com o intuito de verificar o desempenho das MOMs. Os resultados obtidos mostram que a DEMO e o NSGA-II apresentam desempenho superior em relação à MOHS e MOPSO, com vantagem sutil por parte da DEMO. Ainda, os operadores que fazem parte das MOMs são discutidos em termos de desempenho das soluções encontradas. As soluções promissoras são expostas graficamente e comparadas em termos de desempenho dos objetivos de otimização. Por fim, os parâmetros que influenciam na força estática e na requisiçãode torque do robô humanoide são detectados, discutidos e comparados entre as soluções da presente pesquisa e de outros resultados da literatura especializada. Palavras-chave: Robôs humanoides. Metaheurísticas de Otimização Multiobjetivo. Capacidade de força estática. Otimização multiobjetivo com restrições. / Abstract: The society's demand for intelligent solutions able to replace the human in certain tasks along with the current technological landscape has encouraged the development of advanced mechatronic systems to meet this need. Among the increasing research topics in robotics are the humanoid robots, which are machines designed to simulate the human behavior. Such robots can be employed in the society to perform unhealthy tasks in order to preserve the workers' health, to help and to care of elderly and to treat children with mental illness. However, the humanoid robots are complex mechanisms exposed to the gravitational forces, which can cause the sliding and the tumbling effects, as well as it happens with humans. Hence, advanced techniques are required to design and to control these machines, always complying with those constraints. The current research evaluates performance of the Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II), the Differential Evolution for Multiobjective Optimization (DEMO), the Multiobjective Particle Swarm Optimization (MOPSO) and the Multiobjective Harmony Search (MOHS), which are Multiobjective Optimization Metaheuristics (MOMs), applied to a humanoid robot programmed to perform a task of maximum horizontal static force and lower torque's requirement. The adopted methodology is an extended version of the Weihmann proposal, in which the static force capacity is optimized for serial and parallel manipulators. Differently from Weihmann, the current research treats an optimization problem with two objectives that considers the friction forces and the Zero Moment Point of a humanoid robot. The performance measures Number of Non-Dominated Solutions (NSND), Mean Euclidean Distance (DEM), Hypervolume (HV) and Spacing (E) are employed to evaluate the set of solutions provided by the MOMs and the statistical non-parametric significance test of Wilcoxon is applied to the results obtained in order to verify the MOMs performances. The results show that the DEMO and the NSGA-II show better performance compared to MOHS and MOPSO, wherein DEMO is slightly better than NSGA-II. The MOMs internal mechanisms are discussed, as well as the promising solutions, which are all graphically exposed and compared in terms of optimization objectives performances. Finally, the parameters that most influence in the optimization objectives are detected, discussed and compared between the current results and the literature. Key-words: Humanoid robots. Multiobjective Optimization Metaheuristics. Static force capacity. Constrained multiobjective optimization.

Orientador : Prof. Leandro dos Santos Coelho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 30/08/2017 / Inclui referências : p. 85-90 / Resumo: Uma das alternativas para a diminuição da poluição, seja esta sonora ou por gases e particulados, são os veículos híbridos, que combinam a autonomia do motor à combustão com os benefícios dos motores elétricos. Entretanto, por estes veículos contarem com baterias, o gerenciamento de energia destes veículos se torna determinante para uma adequada autonomia. Por outro lado, aprendizado de máquina é uma abordagem que trata do projeto e desenvolvimento de algoritmos que melhoram automaticamente com a experiência inspirado no comportamento de aprendizado de humanos. Tal comportamento pode ser obtido por meio do ajuste de parâmetros com base nos dados de entrada que são apresentados e, em alguns casos, nas informações de saída desejadas. Um dos focos da pesquisa em Aprendizado de Máquina é aprender automaticamente a reconhecer padrões complexos e tomar decisões com base em dados. Esta dissertação tem como objetivo principal a modelagem do estado de carga das baterias, usando diferentes técnicas de Aprendizado de Máquina para tarefa de identificação de sistemas, tais como máquinas de vetores de suporte, redes neuro-nebulosas (neuro-fuzzy), bagging, boosting, subspace e redes com estado de eco. Para avaliar o desempenho dos modelos matemáticos de Aprendizado de Máquina foram adotados dois índices de desempenho: (i) o erro quadrático médio (Mean Squared Error, MSE) e (ii) o coeficiente de determinação (R2). Pelos resultados obtidos, observou-se que alguns métodos de Aprendizado de Máquina apresentaram uma aproximação de boa qualidade quando comparada a saída real das cargas das baterias, isto evidenciado pelos valores de MSE e R2. Palavras-chave: Aprendizado de máquina; Identificação de sistemas; Máquinas de vetores de suporte; Comitê de máquinas; Previsão de carga de baterias; Veículos híbridos. / Abstract: One of the alternatives for the pollution reduction, the hybrid vehicles combines the autonomy of the engine to the combustion with the benefits of the electric motors. However, because these vehicles have batteries, the energy management of these vehicles becomes decisive for an adequate autonomy. On the other hand, machine learning is an approach that deals with the design and development of algorithms that automatically improve with the experience inspired by human learning behavior. Such behavior can be achieved by adjusting parameters based on the input data that is presented and in some cases on the desired output information. One of the focuses of Machine Learning research is to automatically learn to recognize complex patterns and make decisions based on data. This work has as main objective the modeling of the batteries state of charge using different Machine Learning techniques applied to system identification task, such as support vector machines, neuro-fuzzy networks, bagging, boosting, subspace and echo state networks. In order to evaluate the performance of Machine Learning mathematical models, two performance indices were adopted: (i) the mean squared error (MSE) and (ii) the coefficient of determination (R2). From the results obtained, it was observed that some methods of Machine Learning presented a good quality approximation when compared to the actual output of the loads of the batteries, evidenced by the MSE and R2 values. Keywords: Machine learning; System identification; Support vector machine; Ensemble learning; Battery charge forecasting; Hybrid vehicles.