Este trabalho investiga a implementação de sistemas fuzzy com circuitos eletrônicos. Tais sistemas têm demonstrado sua capacidade de resolver diversos tipos de problemas em várias aplicações de engenharia, em especial nas relacionadas com controle de processos. Para processos mais complexos, o raciocínio aproximado da lógica fuzzy fornece uma maneira de compreender o comportamento do sistema, permitindo a interpolação aproximada entre situações observadas de entrada e saída. A implementação de um sistema fuzzy pode ser baseada em hardware, em software ou em ambos. Tipicamente, as implementações em software utilizam ambientes de programação integrados com simulação, de modo a facilitar o trabalho do projetista. As implementações em hardware, tradicionais ou evolutivas, podem ser analógicas ou digitais e viabilizam sistemas de maior desempenho. Este trabalho tem por objetivo pesquisar a implementação eletrônica de sistemas fuzzy, a fim de viabilizar a criação de sistemas reais capazes de realizar o mapeamento de entrada e saída adequado. O foco é a utilização de uma plataforma com uma arquitetura analógico-digital baseada em uma tabela de mapeamento armazenada em uma memória de alta capacidade. Memórias do tipo SD (Secure Digital) foram estudadas e utilizadas na construção do protótipo eletrônico da plataforma. Também foram desenvolvidos estudos sobre a quantização, especificamente sobre a possibilidade de redução do número de bits. Com a implementação realizada é possível desenvolver um sistema fuzzy num ambiente simulado (Matlab), configurar a plataforma e executar o sistema fuzzy diretamente na plataforma eletrônica. Os testes com o protótipo construído comprovaram seu bom funcionamento. / This work investigates the implementation of fuzzy systems using electronic currents. Such systems have been used before to solve several of problems of engineering applications, mainly involving process control applications. On more complex applications, the approximate reasoning of the fuzzy logic allows a way to understand the system behavior, allowing approximate interpolation among observed sets of input and output points. The implementation of a fuzzy system can be based in hardware, software or both. Typically, the software implementation uses a programming environment integrated with simulation, helping the designing work. The hardware implementations, traditional or evolutionary, can be analog or digital, mainly for high performance systems. This work aims to research an electronic implementation of a fuzzy system, capable to accomplish an adequate input to output mapping. The focus of this work is to design a platform with an analog-digital architecture based in a mapping table stored in a high capacity memory. Memories of the SD (Secure Digital) type were studied and used in the construction of a prototype of the electronic platform. Also studies were developed on the quantization, specifically to allow the reduction of the number of bits. With the accomplished implementation, it is possible to develop a fuzzy system in a simulated environment (Matlab), to configure the platform and to execute the fuzzy system directly in the electronic platform. The tests with the prototype was successful.

Aplicações ubíquas e pervasivas são cientes do contexto dos recursos utilizados no que diz respeito à disponibilidade e qualidade. Esta classe de aplicações pode se beneficiar de mecanismos para descobrir recursos que atendam aos requisitos não-funcionais desejados, e mecanismos para monitorar a qualidade destes recursos. Neste trabalho é proposta uma arquitetura para dois serviços que deveriam ser incluídos na infra-estrutura de suporte a ser utilizada pelas aplicações mencionadas: um Serviço de Contexto, que provê acesso a informações de contexto, e um Serviço de Descoberta, que permite a descoberta dinâmica de recursos, levando em conta restrições de contexto a serem satisfeitas. Estes serviços se apóiam em Agentes de Recursos, que efetivamente monitoram os recursos e sensores. Uma implementação de referência foi desenvolvida, oferecendo os serviços mencionados na forma de Serviços Web e implementando os Agentes de Recursos empregando um padrão de projeto simples. Para avaliar os serviços estes foram utilizados como infra-estrutura para o desenvolvimento de um sistema tolerante a falhas e uma aplicação de assistência domiciliar remota (tele-saúde). O desempenho dos serviços também foi avaliado. / Ubiquitous and pervasive applications are aware of the context of the used resources, regarding their availability and quality. This class of application can benefit from mechanisms to discover resources that meet their non-functional requirements and mechanisms to monitor the quality of those resources. We proposed architecture for two services that should be included in the supporting infrastructure used by the mentioned applications: a Context Service that provides access to context information; and a Discovery Service, which allows the dynamic discovery of resources, considering context constraints to be satisfied. These services rely on Resource Agents, which monitor the actual resources and sensors. A reference implementation was developed, providing the mentioned services as Web Services and implementing the Resource Agents using a simple design pattern. To evaluate these services were employed them as the infrastructure to design a fault tolerant system and a remote assisted living application. The performance of the services was also evaluated.

Neste trabalho apresenta-se o modelo de um controlador baseado em Lógica Fuzzy para um sistema de energia baseado em fonte renovável solar fotovoltaica (photovoltaic - PV) multi-string em operação isolada, para o aproveitamento da máxima potência desta fonte. O sistema é composto por painéis solares, conversor CC-CC tipo elevador de tensão (boost), armazenamento por banco de baterias, inversor trifásico e carga trifásica variável. O sistema fotovoltaico foi modelado no MATLAB/Simulink de forma a representar a curva característica V-I do módulo PV, e que é baseado nos dados disponíveis em data-sheets de painéis fotovoltaicos comerciais. Outros estudos de natureza elétrica tais como o cálculo dos valores eficazes das correntes no conversor CC-CC, para avaliação das perdas, indispensáveis para o dimensionamento de componentes eletrônicos, foram realizados. O método tradicional Perturb and Observe de rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking MPPT) de painéis foi testado e comparado com métodos que usam a Lógica Fuzzy. Devido ao seu desempenho, foi adotado o método Fuzzy que realiza o MPPT por inferência do ciclo de trabalho de um modulador por largura de pulso (Pulse Width Modulation - PWM) através da variação da potência pela variação da corrente do painel solar. O modelo Fuzzy adotado neste trabalho foi testado com sucesso. Os resultados mostraram que ele pode ser robusto e atende à aplicação proposta. Segundo alguns testes realizados, este controlador pode realizar o MPPT de um sistema PV na configuração multi-string onde alguns arranjos fotovoltaicos são usados. Inclusive, este controle pode ser facilmente adaptado para realizar o MPPT de outras fontes de energia baseados no mesmo princípio de controle, como é o caso do aerogerador. / This work presents the model of a Fuzzy Logic controller for a renewable energy system based on multi-string solar photovoltaic (PV) in stand-alone operation, to extract the maximum energy of this power source. The system consists of PV modules, DC-DC converter (Boost), a battery set, three-phase inverter and three-phase variable load. The photovoltaic system was modeled in MATLAB / Simulink in order to represent the V-I characteristic of the PV module, and which is based on the data provided by the manufacturer data-sheet. Other studies, such as the calculation of the RMS currents of the DC-DC converter components for evaluation of the losses, which are essential for the system design were accomplished. The conventional Perturb and Observe method for the Maximum Power Point Tracking (MPPT) of PV modules was tested and compared with methods that use Fuzzy Logic control. Due to its performance, it was adopted the Fuzzy method that performs the MPPT by inference of duty cycle of a Pulse Width Modulation (PWM) through the variation of PV power divided by the variation of the PV current. The Fuzzy model considered in this work was successfully tested. The results showed that it can be robust and suitable to the proposed application. According to some accomplished tests, the controller can perform the MPPT of a multi-string configuration of the solar PV system, in which several PV arrays are used. Moreover, it can also be easily adapted to perform the MPPT of other energy power sources based on the same control principle, as it is in the case of aerogenerators.

Esta dissertação tem por objetivo propor algoritmos para conservação de energia de uma rede de sensores sem fio (RSSF) aplicada ao monitoramento de um processo suave f(x , y, t), que depende das coordenadas x e y dos nós sensores, e do tempo t, de forma a aumentar a autonomia da rede. Os algoritmos rodam na camada de aplicação de cada nó, e visam a economia de energia dos nós através do gerenciamento da necessidade de transmissões. Após a primeira amostra transmitida, apenas amostras com uma variação percentual maior do que um dado limiar são transmitidas. Além disso, cada nó pode permanecer inativo (economizando energia) entre essas transmissões. Em RSSfs de salto único, são propostos dois algoritmos: um baseado na fonte, onde cada nó é responsável por todo o processamento e tomada de decisões, e outro baseado no sorvedouro, onde todo o processamento e a tomada de decisões são realizadas pelo sorvedouro. Além disso, uma extensão de algoritmo baseado na fonte é proposta, para RSSFs de múltiplos saltos. Através dos resultados obtidos, observa-se que os algoritmos conseguiram uma redução significativa da quantidade de transmissões, o que leva a um aumento do tempo de vida e o erro na reconstrução do processo é apresentada. Desta forma, pode-se conjugar a relação entre tempo de vida máximo e erro de reconstrução mínimo. / This paper aims to propose algorithms for energy conservation in a wireless sensor network (WSN) applied to monitoring a smooth process f (x, y, t), which depends on x and y coordinates of the sensor nodes, and the time t so as to increase the autonomy of the network. The algorithms run in the application layer of each node, and are designed to save energy of the nodes through the management of the need for transmissions. Furthermore, each node can remain idle (saving energy) between these transmissions. In single hop WSNs, we propose two algorithms: one based on the source, where each node is responsible for all processing and decision making, and another based on the sink, where all processing and decision making are performed by the sink. In addition, an algorithm based on the extent of power is proposed for multi-hop WSNs. From the results obtained, it is observed that the algorithms have achieved a significant reduction of the number of transmissions, which leads to an increase in the life time and the error in the reconstruction process is presented. In this way, one can combine the relationship between maximum life span and minimum reconstruction error.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um sistema de posicionamento dinâmico para uma pequena embarcação baseado em controle a estrutura variável com realimentação por visão computacional. Foram investigadas, na literatura, diversas técnicas desenvolvidas e escolheu-se o controle a estrutura variável devido, principalmente, ao modo de acionamento dos propulsores presentes no barco utilizado para os experimentos. Somando-se a isto, foi considerada importante a robustez que a técnica de controle escolhida apresenta, pois o modelo utilizado conta com incerteza em sua dinâmica. É apresentado ainda o projeto da superfície de deslizamento para realizar o controle a estrutura variável. Como instrumento de medição optou-se por utilizar técnicas de visão computacional em imagens capturadas a partir de uma webcam. A escolha por este tipo de sistema deve-se a alta precisão das medições aliada ao seu baixo custo. São apresentadas simulações e experimentos com controle a estrutura variável em tempo discreto utilizando a integral do erro da posição visando eliminar o erro em regime. Para realizar o controle que demanda o estado completo, são comparados quatro estimadores de estado realizados em tempo discreto: derivador aproximado; observador assintótico com uma frequência de amostragem igual a da câmera; observador assintótico com uma frequência de amostragem maior que a da câmera; e filtro de Kalman. / The design of a dynamic positioning system for a small boat based on variable strutucture control and visual-servoing is presented. Many control tecniques have been investigated and the variable structure control was chosen, mainly, due the operation mode of the motor drivers installed on the boat applied in the experiments. The robustness of this control technique was also considered since the available dynamic model of the boat is uncertain. The design of the sliding surface is shown as well. Computer vision techniques were used to measure the position of the boat from images taken with a webcam, this kind of measure system was chosen due to its high accuracy and low cost. Simulation and experimental results of discrete time variable structure control with integral action of the boats postion, included in order to eliminate steady state error, are shown. To develop this controller four state estimators, in discrete time, are compared: derivative of position; asymptotic observer at a high sampling rate; asymptotic observer at webcams sampling rate; and Kalman filter.

Este trabalho apresenta o estudo comparativo do desempenho de três topologias de conversores do sistema monofásico para o sistema trifásico com número reduzido de componentes, para o acionamento de um motor de indução do tipo rotor gaiola de esquilo. O funcionamento de cada topologia é descrito e simulado digitalmente. O desempenho desses conversores é avaliado em diferentes modos de operação, com sequência de fase positiva ou negativa, com ênfase na qualidade de energia em termos de redução da distorção harmônica total e da melhoria do fator de potência na fonte. Com vistas à redução de custos, foi desenvolvido um protótipo experimental baseado no uso de módulo integrado de chaves semicondutoras de potência e de um microcontrolador de baixo custo. Os resultados experimentais se equiparam aos resultados obtidos por simulação. / This work presents the comparative performance of three topologies of single-phase to three-phase converters with reduced number of components while driving an induction motor of type squirrel-cage. The operation of each topology is described by means of simulation results. The performance of these converters is evaluated in different modes of operation, according to the positive or negative sequence, with an emphasis on power quality in terms of reduced total harmonic distortion and improved power factor at the input source. With a viewpoint for achieving reduced costs, an experimental prototype has been developed, based on the use of integrated module of power semiconductor switches and a cheap microcontroller. Experimental results comparable to those obtained by simulations are obtained.

A avaliação objetiva da qualidade de imagens é de especial importância em diversas aplicações, por exemplo na compressão de imagens, onde pode ser utilizada para regular a taxa que deve ser empregada para que haja a máxima compressão (permitindo perda de dados) sem comprometer a qualidade final; outro exemplo é na inserção de marcas dágua, isto é, introdução de informações descritivas utilizadas para atestar a autenticidade de uma imagem, que devem ser invisíveis para o observador. O SSIM (Structural SIMilarity) é uma métrica de avaliação objetiva da qualidade de imagens de referência completa projetada para imagens em tons de cinza. Esta dissertação investiga sua aplicação na avaliação de imagens coloridas. Para tanto, inicialmente é feito um estudo do SSIM utilizando quatro diferentes espaços de cores RGB, YCbCr, Lαβ e CIELAB. O SSIM é primeiramente calculado nos canais individuais desses espaços de cores. Em seguida, com inspiração no trabalho desenvolvido em (1) são testadas formas de se combinar os valores SSIM obtidos para cada canal em um valor único os chamados SSIM Compostos. Finalmente, a fim de buscar melhores correlações entre SSIM e avaliação subjetiva, propomos a utilização da mínima diferença de cor perceptível, calculada utilizando o espaço de cores CIELAB, conjuntamente com o SSIM. Para os testes são utilizados três bancos de dados de imagens coloridas, LIVE, IVC e TID, a fim de se conferir consistência aos resultados. A avaliação dos resultados é feita utilizando as métricas empregadas pelo VQEG (Video Quality Experts Group) para a avaliação da qualidade de vídeos, com uma adaptação. As conclusões do trabalho sugerem que os melhores resultados para avaliação da qualidade de imagens coloridas usando o SSIM são obtidas usando os canais de luminância dos espaços de cores YCbCr, Lαβ e especialmente o CIELAB. Também se concluiu que a utilização da mínima diferença de cor perceptível contribui para o melhoramento dos resultados da avaliação objetiva. / Objective image quality evaluation is of special interest in many image applications, for example for image compression, where it can be used to control the rate in order to keep a tradeoff between lost of data and image quality; another example is in the application of watermarks, i.e., introduction of descriptive information used to guarantee the authenticity of an image, that must be invisible to the observer who looks at the image. SSIM (Structural SIMilarity) index is a full-reference image quality assessment metric developed to evaluate gray images. This work investigates the application of SSIM in the evaluation of color images. Therefore, four different color spaces are tested RGB, YCbCr, Lαβ e CIELAB. Initially SSIM is calculated individually for each one of color spaces channels. Then, inspired in (1), the results of the SSIM in the individual channels are combined in a unique result the so called Composite SSIM. Finally, in order to improve the correlations between, calculated using CIELAB color space, together with SSIM. Three color image databases, LIVE, IVC and TID, were employed in the tests in order to confer solidity to the results. The evaluation of the results is made using VQEG (Video Quality Experts Group) methodology, developed for video quality evaluation with an adaptation regarding the time dimension that does not exist in the image domain. The conclusions from the work were that SSIM performs better in the evaluation of color images when applied to luminance channel of YCbCr, Lαβ and especially to CIELAB color spaces. It was also concluded that the use of just noticeable difference concept improve objective assessment results.

O objetivo deste trabalho é avaliar os riscos de ocorrências de intrusos em um sistema de computação em nuvem para sistemas distribuídos utilizando lógica nebulosa. A computação em nuvem é um tema que vem sendo bastante abordado e vem alavancando discussões calorosas, tanto na comunidade acadêmica quanto em palestras profissionais. Embora essa tecnologia esteja ganhando mercado, alguns estudiosos encontram-se céticos afirmando que ainda é cedo para se tirar conclusões. Isto se deve principalmente por causa de um fator crítico, que é a segurança dos dados armazenados na nuvem. Para esta dissertação, foi elaborado um sistema distribuído escrito em Java com a finalidade de controlar um processo de desenvolvimento colaborativo de software na nuvem, o qual serviu de estudo de caso para avaliar a abordagem de detecção de intrusos proposta. Este ambiente foi construído com cinco máquinas (sendo quatro máquinas virtuais e uma máquina real). Foram criados dois sistemas de inferência nebulosos, para análise de problemas na rede de segurança implementados em Java, no ambiente distribuído. Foram realizados diversos testes com o intuito de verificar o funcionamento da aplicação, apresentando um resultado satisfatório dentro dessa metodologia. / The objective of this study is to evaluate the risk of occurrence of intruders in a system of cloud computing at distributed systems using fuzzy logic. Cloud computing is a topic that has been widely discussed and has been leveraging heated discussions, both in academic and in professional speaking. Although this technology is gaining market share, some academics are incredulous saying that is too early to draw conclusions. This is mainly because of a critical factor, which is the security of data stored in the cloud. For this thesis, we designed a distributed system written in Java, with the purpose of controlling a process of softwares development in the cloud, wich served as a case study to evaluate the approach proposed intrusion detection. This environment was build with five machines (being four virtual machines and one real machine). It was created two fuzzy inference systems for analysis of problems in network security implemented in Java, in the distributed environment. Several tests were performed in order to verify the functionality of the application, presenting a satisfactory outcome within this methodology.

Desde os primórdios da humanidade, a descoberta do método de processamento cerebral do som, e consequentemente da música, fazem parte do imaginário humano. Portanto, as pesquisas relacionadas a este processo constituem um dos mais vastos campos de estudos das áreas de ciências. Dentre as inúmeras tentativas para compreensão do processamento biológico do som, o ser humano inventou o processo automático de composição musical, com o intuito de aferir a possibilidade da realização de composições musicais de qualidade sem a imposição sentimental, ou seja, apenas com a utilização das definições e estruturas de música existentes. Este procedimento automático de composição musical, também denominado música aleatória ou música do acaso, tem sido vastamente explorado ao longo dos séculos, já tendo sido utilizado por alguns dos grandes nomes do cenário musical, como por exemplo, Mozart. Os avanços nas áreas de engenharia e computação permitiram a evolução dos métodos utilizados para composição de música aleatória, tornando a aplicação de autômatos celulares uma alternativa viável para determinação da sequência de execução de notas musicais e outros itens utilizados durante a composição deste tipo de música. Esta dissertação propõe uma arquitetura para geração de música harmonizada a partir de intervalos melódicos determinados por autômatos celulares, implementada em hardware reconfigurável do tipo FPGA. A arquitetura proposta possui quatro tipos de autômatos celulares, desenvolvidos através dos modelos de vizinhança unidimensional de Wolfram, vizinhança bidimensional de Neumann, vizinhança bidimensional Moore e vizinhança tridimensional de Neumann, que podem ser combinados de 16 formas diferentes para geração de melodias. Os resultados do processamento realizado pela arquitetura proposta são melodias no formato .mid, compostas através da utilização de dois autômatos celulares, um para escolha das notas e outro para escolha dos instrumentos a serem emulados, de acordo com o protocolo MIDI. Para tal esta arquitetura é formada por três unidades principais, a unidade divisor de frequência, que é responsável pelo sincronismo das tarefas executadas pela arquitetura, a unidade de conjunto de autômatos celulares, que é responsável pelo controle e habilitação dos autômatos celulares, e a unidade máquina MIDI, que é responsável por organizar os resultados de cada iteração corrente dos autômatos celulares e convertê-los conforme a estrutura do protocolo MIDI, gerando-se assim o produto musical. A arquitetura proposta é parametrizável, de modo que a configuração dos dados que influenciam no produto musical gerado, como por exemplo, a definição dos conjuntos de regras para os autômatos celulares habilitados, fica a cargo do usuário, não havendo então limites para as combinações possíveis a serem realizadas na arquitetura. Para validação da funcionalidade e aplicabilidade da arquitetura proposta, alguns dos resultados obtidos foram apresentados e detalhados através do uso de técnicas de obtenção de informação musical. / Since the beginnings of mankind, questions about the method of sound processing in the brain, and hence the music, are part of the human imagination. Therefore, the researches related to this process constitute one of the largest fields of research in science. Among many attempts to understand the biological processing of sound, humans beings invented the automatic musical composition automatic process in order to verify the possibility of producing quality musical compositions, without the human interference, wich means, only by using the definitions and structures of existing pieces of music. This automatic music composition procedure, also known as random music, has been widely exploited over the past centuries, being used by greats musicians like Mozart. The advances in engineering and computing allowed the evolution of random music composition methods, making the application of cellular automata a viable alternative to determine the execution sequence of musical notes, as well as, other items used in this type of composition. This dissertation proposes a hardware architecture for random music composition using cellular automata to determine the melodic intervals order. A prototype has been implemented in FPGA. The proposed hardware architecture has four kind of cellular automata, modeled according to the one-dimensional Wolfram neighborhood, two-dimensional Neumann neighborhood, two-dimensional Moore neighborhood and three-dimensional Neumann neighborhood. These cellular automata can be combined in sixteen different ways for generating melodies. The processing result as conducted by the proposed architecture are melodies in the .mid format, through the use of two cellular automata, one for selecting notes and the others for choosing the instruments to be emulated, in accordance with the MIDI protocol. This hardware is composed by three main units, the frequency divider unit, which is responsible for the synchronizing of the tasks performed by the hardware architecture, the cellular automata set unit, which is responsible for the control and enabling of the cellular automata and the MIDI machine, which is responsible for organizing the iterations of the cellular automata and convert them to the MIDI protocol structure, generating the final musical composition. The proposed hardware architecture is parametrizable, so that the data settings that influence the final product, such as, the rules of the cellular automata, are informed by the user. There are no limits regarding the possible combinations to be performed in the hardware architecture. In order to validate the functionality and applicability of the proposed hardware, some results were presented and detailed through the use of techniques for musical information retrieval.

Esta dissertação apresenta um sistema de indução de classificadores fuzzy. Ao invés de utilizar a abordagem tradicional de sistemas fuzzy baseados em regras, foi utilizado o modelo de Árvore de Padrões Fuzzy(APF), que é um modelo hierárquico, com uma estrutura baseada em árvores que possuem como nós internos operadores lógicos fuzzy e as folhas são compostas pela associação de termos fuzzy com os atributos de entrada. O classificador foi obtido sintetizando uma árvore para cada classe, esta árvore será uma descrição lógica da classe o que permite analisar e interpretar como é feita a classificação. O método de aprendizado originalmente concebido para a APF foi substituído pela Programação Genética Cartesiana com o intuito de explorar melhor o espaço de busca. O classificador APF foi comparado com as Máquinas de Vetores de Suporte, K-Vizinhos mais próximos, florestas aleatórias e outros métodos Fuzzy-Genéticos em diversas bases de dados do UCI Machine Learning Repository e observou-se que o classificador APF apresenta resultados competitivos. Ele também foi comparado com o método de aprendizado original e obteve resultados comparáveis com árvores mais compactas e com um menor número de avaliações. / This work presents a system for induction of fuzzy classifiers. Instead of the traditional fuzzy based rules, it was used a model called Fuzzy Pattern Trees (FPT), which is a hierarchical tree-based model, having as internal nodes, fuzzy logical operators and the leaves are composed of a combination of fuzzy terms with the input attributes. The classifier was obtained by creating a tree for each class, this tree will be a logic class description which allows the interpretation of the results. The learning method originally designed for FPT was replaced by Cartesian Genetic Programming in order to provide a better exploration of the search space. The FPT classifier was compared against Support Vector Machines, K Nearest Neighbour, Random Forests and others Fuzzy-Genetics methods on several datasets from the UCI Machine Learning Repository and it presented competitive results. It was also compared with Fuzzy Pattern trees generated by the former learning method and presented comparable results with smaller trees and a lower number of functions evaluations.