This work represents the research project to obtain the degree of Master of Sciences in Electrical Engineering, specializing in Systems Engineering, at the Escola Politécnica of the Universidade de São Paulo, in São Paulo, Brazil. The main objective of the project is to design the mirror nanopositioning controller of the state-of-the-art Fabry-Pérot interferometer to be installed in the Brazilian Tunable Filter Imager (BTFI) on the Southern Astrophysical Research (SOAR) telescope in Chile. A three-input-three-output multivariable prototype of the Fabry-Pérot system is comprised of three high-range Amplified Piezoelectric Actuators (APA) of 360 m stroke and three 400 m range capacitive measurement systems. A characterization of the instrumentation of the system, which consists of capacitive sensors and capacitance-to-voltage converters, piezoelectric actuators, power drivers of the piezoelectric actuators and data acquisition system was done as part of the identification and study of the system. With the characterization of the system, a sixth-order complete system model was built on top of a second-order piezoelectric actuator parametric model, required for the design of the controllers. Subsequently, the scientific specifications were translated to a control problem and the design of a robust controller was made following the Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery (LQG/LTR) method. Also a Proportional-Integral controller tuned using a genetic algorithm was designed to be used as benchmark. Finally the built controllers were validated in the real system. Results show that both controllers achieve the performance requirements of following reference signals and having null steady-state error. However, the robust controller is by far the best suited for the Fabry- Pérot instrument in terms of performance and stability because of its higher bandwidth and robustness to modeling errors. / Este trabalho apresenta o projeto de pesquisa para obtenção do título de Mestre em Engenharia Elétrica, área de concentração de engenharia de sistemas, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. O objetivo principal deste projeto foi desenvolver um controlador de nanoposicionamento para o interferômetro de Fabry-Pérot que será instalado no instrumento BTFI (Brazilian Tunable Filter Imager), no telescópio SOAR (Southern Astrophysical Research Telescope), no Chile. O interferômetro de Fabry-Pérot é um sistema multivariável de três entradas e três saídas composto por três atuadores piezoelétricos de 370 m de deslocamento, e três sistemas capacitivos de medida de distância de 400 m de faixa de medição. A caracterização da instrumentação do sistema, que consiste em sensores capacitivos, conversores de capacitância para tensão, atuadores piezoelétricos, drivers de potência para os atuadores piezoelétricos e sistemas de aquisição de dados, fez parte do estudo e da identificação do sistema. Após a caracterização da instrumentação, foi desenvolvido um modelo físico de sexta ordem para o sistema completo, partindo do modelo de segunda ordem dos atuadores piezoelétricos. Este modelo é necessário para o projeto dos controladores. Subsequentemente, as especificações científicas foram traduzidas em um problema de controle e o projeto do controlador robusto foi feito seguindo a técnica LQG/LTR (Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery). Um controlador Proporcional-Integral (PI) também foi desenvolvido e sintonizado usando um algoritmo genético, para funcionar como ponto de comparação. Finalmente, os controladores desenvolvidos foram validados no sistema real. Com os resultados concluiu-se que ambos controladores atingiram as especificações de desempenho no que diz respeito a seguir sinais de referência com erro nulo no estado estacionário. Pôde-se concluir ainda que o controlador robusto mostrou-se mais adaptado ao instrumento Fabry- Pérot em termos de desempenho e estabilidade, pois, comparado ao PI, é um controlador com maior largura de banda e robustez aos erros de modelamento.

This work represents the research project to obtain the degree of Master of Sciences in Electrical Engineering, specializing in Systems Engineering, at the Escola Politécnica of the Universidade de São Paulo, in São Paulo, Brazil. The main objective of the project is to design the mirror nanopositioning controller of the state-of-the-art Fabry-Pérot interferometer to be installed in the Brazilian Tunable Filter Imager (BTFI) on the Southern Astrophysical Research (SOAR) telescope in Chile. A three-input-three-output multivariable prototype of the Fabry-Pérot system is comprised of three high-range Amplified Piezoelectric Actuators (APA) of 360 m stroke and three 400 m range capacitive measurement systems. A characterization of the instrumentation of the system, which consists of capacitive sensors and capacitance-to-voltage converters, piezoelectric actuators, power drivers of the piezoelectric actuators and data acquisition system was done as part of the identification and study of the system. With the characterization of the system, a sixth-order complete system model was built on top of a second-order piezoelectric actuator parametric model, required for the design of the controllers. Subsequently, the scientific specifications were translated to a control problem and the design of a robust controller was made following the Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery (LQG/LTR) method. Also a Proportional-Integral controller tuned using a genetic algorithm was designed to be used as benchmark. Finally the built controllers were validated in the real system. Results show that both controllers achieve the performance requirements of following reference signals and having null steady-state error. However, the robust controller is by far the best suited for the Fabry- Pérot instrument in terms of performance and stability because of its higher bandwidth and robustness to modeling errors. / Este trabalho apresenta o projeto de pesquisa para obtenção do título de Mestre em Engenharia Elétrica, área de concentração de engenharia de sistemas, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. O objetivo principal deste projeto foi desenvolver um controlador de nanoposicionamento para o interferômetro de Fabry-Pérot que será instalado no instrumento BTFI (Brazilian Tunable Filter Imager), no telescópio SOAR (Southern Astrophysical Research Telescope), no Chile. O interferômetro de Fabry-Pérot é um sistema multivariável de três entradas e três saídas composto por três atuadores piezoelétricos de 370 m de deslocamento, e três sistemas capacitivos de medida de distância de 400 m de faixa de medição. A caracterização da instrumentação do sistema, que consiste em sensores capacitivos, conversores de capacitância para tensão, atuadores piezoelétricos, drivers de potência para os atuadores piezoelétricos e sistemas de aquisição de dados, fez parte do estudo e da identificação do sistema. Após a caracterização da instrumentação, foi desenvolvido um modelo físico de sexta ordem para o sistema completo, partindo do modelo de segunda ordem dos atuadores piezoelétricos. Este modelo é necessário para o projeto dos controladores. Subsequentemente, as especificações científicas foram traduzidas em um problema de controle e o projeto do controlador robusto foi feito seguindo a técnica LQG/LTR (Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery). Um controlador Proporcional-Integral (PI) também foi desenvolvido e sintonizado usando um algoritmo genético, para funcionar como ponto de comparação. Finalmente, os controladores desenvolvidos foram validados no sistema real. Com os resultados concluiu-se que ambos controladores atingiram as especificações de desempenho no que diz respeito a seguir sinais de referência com erro nulo no estado estacionário. Pôde-se concluir ainda que o controlador robusto mostrou-se mais adaptado ao instrumento Fabry- Pérot em termos de desempenho e estabilidade, pois, comparado ao PI, é um controlador com maior largura de banda e robustez aos erros de modelamento.

A utilização e o desenvolvimento de sistemas imersivos para edutenimento são documentados em trabalhos acadêmicos, com resultados bastante satisfatórios em diversas áreas do conhecimento. No entanto, métodos de engenharia de sistemas voltados para sistemas imersivos de edutenimento, não foram encontrados na pesquisa realizada. A avaliação e compreensão da engenharia de sistemas para edutenimento podem auxiliar no processo de transferência deste conhecimento acadêmico para a sociedade. Este trabalho apresenta a obtenção de uma teoria fundamentada por meio de uma avaliação qualitativa do projeto de dois sistemas imersivos de edutenimento desenvolvidos a partir de uma parceria entre um centro tecnológico da universidade e um museu de ciências. Esta avaliação consistiu na obtenção de dados para elaboração de uma teoria fundamentada que sumarize os principais aspectos as serem considerados na engenharia de sistemas imersivos para edutenimento partindo dos casos estudados. Foram utilizados métodos de pesquisa qualitativa para levantamento e análise dos dados do desenvolvimento dos dois sistemas, como entrevistas em profundidade e análise da documentação de projeto. A partir da codificação dos dados, a teoria fundamentada foi elaborada e validada. A teoria resultante aponta que a compreensão, a satisfação e sinergia entre as diversas equipes de disciplinas e instituições distintas são fatores que impactaram nos projetos dos sistemas imersivos para edutenimento avaliados. / The use and development of immersive systems for edutainment are well documented in academic works, with very satisfactory results in several areas of knowledge. However, systems engineering methods for immersive edutainment systems were not found in this research. The evaluation and understanding of systems\' engineering for immersive edutainment can aid in transferring academic knowledge to society. This work presents the achievement of ground theory based on qualitative evaluation of the design of two immersive edutainment systems developed from by partnership between a technological university center and a science museum. This evaluation consisted in obtaining data to elaborate a theory based on summarizing main aspects to be considered in engineering immersive edutainment systems based on studied cases. Qualitative research methods were used to collect and analyze development data from both systems, using in-depth interviews and projects\' documentation. From data coding, the grounded theory was elaborated and validated. The resulting theory points out that understanding, satisfaction and synergy between different teams of distinct disciplines and institutions are factors that have influenced both immersive edutainment systems projects.

A utilização e o desenvolvimento de sistemas imersivos para edutenimento são documentados em trabalhos acadêmicos, com resultados bastante satisfatórios em diversas áreas do conhecimento. No entanto, métodos de engenharia de sistemas voltados para sistemas imersivos de edutenimento, não foram encontrados na pesquisa realizada. A avaliação e compreensão da engenharia de sistemas para edutenimento podem auxiliar no processo de transferência deste conhecimento acadêmico para a sociedade. Este trabalho apresenta a obtenção de uma teoria fundamentada por meio de uma avaliação qualitativa do projeto de dois sistemas imersivos de edutenimento desenvolvidos a partir de uma parceria entre um centro tecnológico da universidade e um museu de ciências. Esta avaliação consistiu na obtenção de dados para elaboração de uma teoria fundamentada que sumarize os principais aspectos as serem considerados na engenharia de sistemas imersivos para edutenimento partindo dos casos estudados. Foram utilizados métodos de pesquisa qualitativa para levantamento e análise dos dados do desenvolvimento dos dois sistemas, como entrevistas em profundidade e análise da documentação de projeto. A partir da codificação dos dados, a teoria fundamentada foi elaborada e validada. A teoria resultante aponta que a compreensão, a satisfação e sinergia entre as diversas equipes de disciplinas e instituições distintas são fatores que impactaram nos projetos dos sistemas imersivos para edutenimento avaliados. / The use and development of immersive systems for edutainment are well documented in academic works, with very satisfactory results in several areas of knowledge. However, systems engineering methods for immersive edutainment systems were not found in this research. The evaluation and understanding of systems\' engineering for immersive edutainment can aid in transferring academic knowledge to society. This work presents the achievement of ground theory based on qualitative evaluation of the design of two immersive edutainment systems developed from by partnership between a technological university center and a science museum. This evaluation consisted in obtaining data to elaborate a theory based on summarizing main aspects to be considered in engineering immersive edutainment systems based on studied cases. Qualitative research methods were used to collect and analyze development data from both systems, using in-depth interviews and projects\' documentation. From data coding, the grounded theory was elaborated and validated. The resulting theory points out that understanding, satisfaction and synergy between different teams of distinct disciplines and institutions are factors that have influenced both immersive edutainment systems projects.

Este trabalho apresenta a abordagem sistêmica, a complexidade e as propriedades emergentes de um sistema de atividades humanas utilizando métodos da Engenharia de Sistemas utilizando como referência para a prova de conceito a metáfora das redes eusociais da Biologia. A análise do sistema foi feita por meio de uma comparação entre as redes eusociais, e as redes de cooperação entre universidades, após esta comparação, que levantou características relevantes para uma comunidade de sucesso, foram aplicados os 7 estágios da metodologia Soft System Methodology para a proposta de um protótipo de uma Rede Temática, aqui analisada como um sistema sociotécnico, abordando a interação entre pessoas e a tecnologia. Nesta prova de conceito foram utilizadas as informações coletadas durante reuniões das partes interessadas. Estas informações foram utilizadas para a criação de um protótipo que foi comparado com a situação real e depois modificado e melhorado pelas partes interessadas. / This work presents a systemic approach, the complexity and emergent properties of a human activities system using systems engineering methods using as reference for the proof of concept, the metaphor of networks eusocial Biology. The analysis system was made through a comparison between the eusocial networks and networks of cooperation between universities, after this comparison, which raised relevant features to a success community, were applied 7 stages of Soft System Methodology for a Thematic Network prototype proposed, here regarded as a sociotechnical system, addressing the interaction between people and technology. In this proof of concept we used the information gathered during meetings with stakeholders. This information was used to create a prototype that was compared with the actual situation and then modified and improved by stakeholders.

Este trabalho desenvolve um método para a comparação de soluções logísticas de armazenamento e recuperação, com aplicações em centros de distribuição, depósitos, armazéns e demais estruturas equivalentes. Tais soluções podem implicar desde o uso de paleteiras manuais e empilhadeiras contra-balanceadas, até em arranjos mais complexos, envolvendo trans-elevadores operando em corredores de prateleiras com vários metros de altura. A literatura existente para o design e a escolha de tais soluções ressalta o prevalecimento de métodos proprietários e ad-hoc, auxiliados por ferramentas de software demasiadamente genéricas. Assim, o método aqui proposto é elaborado seguindo os princípios da Engenharia de Sistemas Baseada em Modelos (MBSE), sendo expresso através da linguagem OMG SysMLTM, e montado com o auxílio de ferramenta de software CASE (computer aided systems engineering) disponível comercialmente. Utilizando-se das técnicas mencionadas, este trabalho demonstra o passo-apasso da construção do método proposto, incluindo a formulação de um template de requisitos e de um modelo de referência, orientado a objetos, para sistemas logísticos de armazenamento e recuperação. Concluída a apresentação do método, o mesmo é aplicado em dois exemplos de estudos de viabilidade (trade-studies) que determinam soluções ótimas para um dado conjunto de requisitos de negócio. No primeiro exemplo tem-se como fator limitante o no de endereços de armazenamento, e no segundo a área disponível para construção do armazém. O principal resultado obtido com esse trabalho é capacidade de simular, em um único ambiente, escolhas de soluções logísticas de armazenamento que consideram parâmetros do sistema como um todo, e não apenas de seus sub-sistemas isoladamente. Isto tornou possível mensurar como alterações nas especificações de um dado ponto de vista, como o estrutural, impactam na satisfação dos requisitos de outros pontos de vista, como o dinâmico ou financeiro. A MBSE, entretanto, ainda não pode ser considerada uma disciplina madura. As ferramentas de software que a ela dão suporte, bem como as listas de melhores práticas de suas aplicações estão em constante evolução e aprimoramento. Dessa forma, a aplicação dos princípios da MBSE no design e seleção de soluções logísticas de armazenamento, com adoção da orientação a objetos, pode ser tida como uma ideia inovadora. / This work presents a method for warehouse storage solutions comparison. The existing research regarding the design and selection of such logistic solutions highlights the predominance of ad-hoc procedures, as well as the use of generic software tools. Therefore, the method herein presented shall be developed according to the model-based systems engineering (MBSE) principles, being describe through the system modeling language (SysML), and built inside a computer-aided system engineering (CASE) software tool, commercially available. The method\'s steps shall be thoroughly detailed, including the creation of a reference model for warehouse storage systems, and its further use in trade studies execution. Once the method is properly described, its validation is demonstrated through two case studies designed to compare storage solutions according to the number of pallet-positions oered, and its dimensional footprint. This work\'s main achievement is the possibility to simulate, in a single environment, warehouse storage solution\'s options that take into account parameters of the system as a whole, and not only its sub-systems separately. With that, it is possible to measure how changes in the specifications of a given view point, such as structural, impact the requirement\'s satisfaction of other view points, such as dynamic or financial. The MBSE, however, still can not be considered a mature discipline. The software tools that support it, as well as the lists of best practices of its applications are constantly evolving and improving. Thus, the application of MBSE\'s principles in the design, and comparison, of warehouse storage solutions, with the adoption of object orientation, can be considered an innovative idea.

Este trabalho desenvolve um método para a comparação de soluções logísticas de armazenamento e recuperação, com aplicações em centros de distribuição, depósitos, armazéns e demais estruturas equivalentes. Tais soluções podem implicar desde o uso de paleteiras manuais e empilhadeiras contra-balanceadas, até em arranjos mais complexos, envolvendo trans-elevadores operando em corredores de prateleiras com vários metros de altura. A literatura existente para o design e a escolha de tais soluções ressalta o prevalecimento de métodos proprietários e ad-hoc, auxiliados por ferramentas de software demasiadamente genéricas. Assim, o método aqui proposto é elaborado seguindo os princípios da Engenharia de Sistemas Baseada em Modelos (MBSE), sendo expresso através da linguagem OMG SysMLTM, e montado com o auxílio de ferramenta de software CASE (computer aided systems engineering) disponível comercialmente. Utilizando-se das técnicas mencionadas, este trabalho demonstra o passo-apasso da construção do método proposto, incluindo a formulação de um template de requisitos e de um modelo de referência, orientado a objetos, para sistemas logísticos de armazenamento e recuperação. Concluída a apresentação do método, o mesmo é aplicado em dois exemplos de estudos de viabilidade (trade-studies) que determinam soluções ótimas para um dado conjunto de requisitos de negócio. No primeiro exemplo tem-se como fator limitante o no de endereços de armazenamento, e no segundo a área disponível para construção do armazém. O principal resultado obtido com esse trabalho é capacidade de simular, em um único ambiente, escolhas de soluções logísticas de armazenamento que consideram parâmetros do sistema como um todo, e não apenas de seus sub-sistemas isoladamente. Isto tornou possível mensurar como alterações nas especificações de um dado ponto de vista, como o estrutural, impactam na satisfação dos requisitos de outros pontos de vista, como o dinâmico ou financeiro. A MBSE, entretanto, ainda não pode ser considerada uma disciplina madura. As ferramentas de software que a ela dão suporte, bem como as listas de melhores práticas de suas aplicações estão em constante evolução e aprimoramento. Dessa forma, a aplicação dos princípios da MBSE no design e seleção de soluções logísticas de armazenamento, com adoção da orientação a objetos, pode ser tida como uma ideia inovadora. / This work presents a method for warehouse storage solutions comparison. The existing research regarding the design and selection of such logistic solutions highlights the predominance of ad-hoc procedures, as well as the use of generic software tools. Therefore, the method herein presented shall be developed according to the model-based systems engineering (MBSE) principles, being describe through the system modeling language (SysML), and built inside a computer-aided system engineering (CASE) software tool, commercially available. The method\'s steps shall be thoroughly detailed, including the creation of a reference model for warehouse storage systems, and its further use in trade studies execution. Once the method is properly described, its validation is demonstrated through two case studies designed to compare storage solutions according to the number of pallet-positions oered, and its dimensional footprint. This work\'s main achievement is the possibility to simulate, in a single environment, warehouse storage solution\'s options that take into account parameters of the system as a whole, and not only its sub-systems separately. With that, it is possible to measure how changes in the specifications of a given view point, such as structural, impact the requirement\'s satisfaction of other view points, such as dynamic or financial. The MBSE, however, still can not be considered a mature discipline. The software tools that support it, as well as the lists of best practices of its applications are constantly evolving and improving. Thus, the application of MBSE\'s principles in the design, and comparison, of warehouse storage solutions, with the adoption of object orientation, can be considered an innovative idea.

Este trabalho apresenta a abordagem sistêmica, a complexidade e as propriedades emergentes de um sistema de atividades humanas utilizando métodos da Engenharia de Sistemas utilizando como referência para a prova de conceito a metáfora das redes eusociais da Biologia. A análise do sistema foi feita por meio de uma comparação entre as redes eusociais, e as redes de cooperação entre universidades, após esta comparação, que levantou características relevantes para uma comunidade de sucesso, foram aplicados os 7 estágios da metodologia Soft System Methodology para a proposta de um protótipo de uma Rede Temática, aqui analisada como um sistema sociotécnico, abordando a interação entre pessoas e a tecnologia. Nesta prova de conceito foram utilizadas as informações coletadas durante reuniões das partes interessadas. Estas informações foram utilizadas para a criação de um protótipo que foi comparado com a situação real e depois modificado e melhorado pelas partes interessadas. / This work presents a systemic approach, the complexity and emergent properties of a human activities system using systems engineering methods using as reference for the proof of concept, the metaphor of networks eusocial Biology. The analysis system was made through a comparison between the eusocial networks and networks of cooperation between universities, after this comparison, which raised relevant features to a success community, were applied 7 stages of Soft System Methodology for a Thematic Network prototype proposed, here regarded as a sociotechnical system, addressing the interaction between people and technology. In this proof of concept we used the information gathered during meetings with stakeholders. This information was used to create a prototype that was compared with the actual situation and then modified and improved by stakeholders.

Este trabalho identifica o Código de Ética e Prática Profissional da engenharia de software como o conjunto de práticas para consideração de fatores humanos na engenharia de software. A seguir, estende o Kernel da especificação Essence, e o utiliza para conduzir a aplicação desse conjunto de práticas. A prova de conceito indica que o conjunto de práticas identificadas não garante a consideração de fatores humanos na engenharia de software. Considerar a ética nas interações existentes na empreitada de engenharia de software não é um simples caso de utilização de checklists como forma de verificar o que deve ser feito para certificar que algo foi realizado. Considerar a ética é mais do que isso. É necessário que todas as pessoas tenham consciência da importância da ética, do respeito de um ao outro e à sociedade. / This text identifies the Software Engineering Code of Ethics and Professional Practice as a set of practices to consider human factors in software engineering. Afterwards, it extends the Kernel of the Essence specification, and applies it to steer the use of this set of practices. The proof of concept indicates that the identified set of practices does not ensure the consideration of human factors in software engineering. Considering ethics, in the interactions that are present in software engineering endeavor, is not a simple case of using checklists to ascertain what must be done to ensure that something was carried out. Taking ethics into consideration is more than that. It is imperative that all the people should become aware of how important ethics is, and so is the respect for each other and for the society. Keywords: This text identifies the Software Engineering Code of Ethics and Professional Practice as a set of practices to consider human factors in software engineering. Afterwards, it extends the Kernel of the Essence specification, and applies it to steer the use of this set of practices. The proof of concept indicates that the identified set of practices does not ensure the consideration of human factors in software engineering. Considering ethics, in the interactions that are present in software engineering endeavor, is not a simple case of using checklists to ascertain what must be done to ensure that something was carried out. Taking ethics into consideration is more than that. It is imperative that all the people should become aware of how important ethics is, and so is the respect for each other and for the society.

Este trabalho identifica o Código de Ética e Prática Profissional da engenharia de software como o conjunto de práticas para consideração de fatores humanos na engenharia de software. A seguir, estende o Kernel da especificação Essence, e o utiliza para conduzir a aplicação desse conjunto de práticas. A prova de conceito indica que o conjunto de práticas identificadas não garante a consideração de fatores humanos na engenharia de software. Considerar a ética nas interações existentes na empreitada de engenharia de software não é um simples caso de utilização de checklists como forma de verificar o que deve ser feito para certificar que algo foi realizado. Considerar a ética é mais do que isso. É necessário que todas as pessoas tenham consciência da importância da ética, do respeito de um ao outro e à sociedade. / This text identifies the Software Engineering Code of Ethics and Professional Practice as a set of practices to consider human factors in software engineering. Afterwards, it extends the Kernel of the Essence specification, and applies it to steer the use of this set of practices. The proof of concept indicates that the identified set of practices does not ensure the consideration of human factors in software engineering. Considering ethics, in the interactions that are present in software engineering endeavor, is not a simple case of using checklists to ascertain what must be done to ensure that something was carried out. Taking ethics into consideration is more than that. It is imperative that all the people should become aware of how important ethics is, and so is the respect for each other and for the society. Keywords: This text identifies the Software Engineering Code of Ethics and Professional Practice as a set of practices to consider human factors in software engineering. Afterwards, it extends the Kernel of the Essence specification, and applies it to steer the use of this set of practices. The proof of concept indicates that the identified set of practices does not ensure the consideration of human factors in software engineering. Considering ethics, in the interactions that are present in software engineering endeavor, is not a simple case of using checklists to ascertain what must be done to ensure that something was carried out. Taking ethics into consideration is more than that. It is imperative that all the people should become aware of how important ethics is, and so is the respect for each other and for the society.