O presente trabalho consiste em um estudo dos processos fracionários generalizados via sistema de espaço de estados. Essa representação permitirá utilizar um procedimento recursivo para a estimação dos parâmetros desses processos chamado filtro de Kalman. Além disso, apresenta um estudo detalhado sobre o filtro de Kalman, investigando sua utilização na estimação de um processo k-Factor GARMA(p;u; λ; q). Este trabalho verifica que é possível representar um processo k-Factor GARMA(p;u; λ; q) causal por um sistema de espaço de estados, o que possibilita calcular recursivamente a função de verossimilhança exata do processo, por meio do uso do filtro de Kalman, mesmo que a sua representação em espaço de estados tenha dimensão infinita. / This paper presents a study of the generalized fractional processes by using the state space. This representation will allow to use a recursive procedure for the estimation of the parameters of these processes called Kalman filter. In addition, it presents a study with details about the Kalman filter, investigating their use in the estimation of a process k-Factor GARMA(p;u;λ ; q). This work find that is possible to represent a process k-Factor GARMA (p;u;λ ; q) causal in a state space system, which enable to compute recursively the exact likelihood function of the process through the use of the Kalman filter, even though their representation in state space has infinite dimension.

O presente trabalho consiste em um estudo dos processos fracionários generalizados via sistema de espaço de estados. Essa representação permitirá utilizar um procedimento recursivo para a estimação dos parâmetros desses processos chamado filtro de Kalman. Além disso, apresenta um estudo detalhado sobre o filtro de Kalman, investigando sua utilização na estimação de um processo k-Factor GARMA(p;u; λ; q). Este trabalho verifica que é possível representar um processo k-Factor GARMA(p;u; λ; q) causal por um sistema de espaço de estados, o que possibilita calcular recursivamente a função de verossimilhança exata do processo, por meio do uso do filtro de Kalman, mesmo que a sua representação em espaço de estados tenha dimensão infinita. / This paper presents a study of the generalized fractional processes by using the state space. This representation will allow to use a recursive procedure for the estimation of the parameters of these processes called Kalman filter. In addition, it presents a study with details about the Kalman filter, investigating their use in the estimation of a process k-Factor GARMA(p;u;λ ; q). This work find that is possible to represent a process k-Factor GARMA (p;u;λ ; q) causal in a state space system, which enable to compute recursively the exact likelihood function of the process through the use of the Kalman filter, even though their representation in state space has infinite dimension.

O presente trabalho consiste em um estudo dos processos fracionários generalizados via sistema de espaço de estados. Essa representação permitirá utilizar um procedimento recursivo para a estimação dos parâmetros desses processos chamado filtro de Kalman. Além disso, apresenta um estudo detalhado sobre o filtro de Kalman, investigando sua utilização na estimação de um processo k-Factor GARMA(p;u; λ; q). Este trabalho verifica que é possível representar um processo k-Factor GARMA(p;u; λ; q) causal por um sistema de espaço de estados, o que possibilita calcular recursivamente a função de verossimilhança exata do processo, por meio do uso do filtro de Kalman, mesmo que a sua representação em espaço de estados tenha dimensão infinita. / This paper presents a study of the generalized fractional processes by using the state space. This representation will allow to use a recursive procedure for the estimation of the parameters of these processes called Kalman filter. In addition, it presents a study with details about the Kalman filter, investigating their use in the estimation of a process k-Factor GARMA(p;u;λ ; q). This work find that is possible to represent a process k-Factor GARMA (p;u;λ ; q) causal in a state space system, which enable to compute recursively the exact likelihood function of the process through the use of the Kalman filter, even though their representation in state space has infinite dimension.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Ingeniero Civil Electricista / Esta tesis se centra en el estudio del estado de carga (SoC: state of charge) para acumuladores de energía del tipo plomo ácido. Este parámetro es de suma importancia en aplicaciones donde el acumulador está sometido permanentemente a situaciones de carga y/o descarga, como las que se presentan en vehículos eléctricos o micro-redes, por ejemplo. El SoC se define como la energía expresada como un porcentaje de la capacidad nominal, que aún está disponible para ser utilizada. Este indicador depende de muchas otras magnitudes, tales como: temperatura, tasas de corriente de carga/descarga, tiempo de uso, histéresis, y auto descarga. Este parámetro no es medible, por lo cual es necesario estimarlo en base a mediciones de otras señales disponibles en los acumuladores, tales como tensión, corriente y temperatura. Para desarrollar un estimador del SoC hay que tener en cuenta dos aspectos; el primero de ellos es contar con un buen modelo que represente el comportamiento del acumulador de manera adecuada, mientras que el segundo, dice relación con el algoritmo utilizado para realizar la estimación. Ambos aspectos suponen contar con información del acumulador para poder identificar el modelo y diseñar el estimador. Por lo tanto, se establecieron los objetivos de la tesis, los cuales corresponden en primer término a la construcción de un prototipo con el cual se pueda someter el banco de acumuladores a diversos perfiles de carga/descarga. Luego en base a la información generada mediante este sistema experimental, derivar un modelo de baterías que sea sencillo de implementar y requiera poca cantidad de información. Dicho modelo corresponde a un modelo difuso. Con el modelo de baterías ya definido, se utiliza el algoritmo del filtro extendido de Kalman para desarrollar un estimador del SoC basado en el modelo propuesto. Es importante destacar que tanto el modelo como el estimador son evaluados y comparados con modelos de baterías convencionales y con estimadores basados en ellos. (Implementados con el algoritmo de Kalman). Los aportes del trabajo de tesis, son en primer lugar, la construcción del sistema experimental, el cual servirá para otras investigaciones relacionadas a acumuladores de energía. En segundo término, se tiene que la metodología basada en lógica difusa (para el desarrollo del modelo), es novedosa, pues hasta el momento sólo ha sido implementada con datos basados en mediciones en el dominio de la frecuencia o en conjunto con redes neuronales. Lo que supone en el primer caso que el modelo no pueda ser llevado a la práctica debido al costoso equipamiento necesario para obtener datos en el dominio de la frecuencia, y en la necesidad de contar con gran cantidad de información para el segundo caso. Finalmente es importante mencionar que las baterías consideradas para esta tesis, están presentes en la micro-red Huatacondo perteneciente al Centro de Energía de la Universidad de Chile.

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil en Computación / El presente trabajo describe el desarrollo de un software en Python destinado a la detección de fenómenos astronómicos transitorios como las supernovas que corresponden a eventos caracterizados por un incremento rápido en su luminosidad y un consecuente decremento lento. El programa se diseñó sobre la base de una rutina ya implementada la cual hace uso de estimaciones generadas por métodos del filtro de Kalman: en su versión clásica (o básica) o su versión de máxima correntropı́a. Debido a que esta rutina presenta complicaciones en la administración de archivos y manejo de parámetros (producido principalmente por hard-coding) se realizó un proceso de refactoring que implica además diseñar y generar una nueva familia de filtros de Kalman basados en el patrón de diseño Strategy. Sobre este código refactorizado se efectuaron pruebas de rendimiento obteniéndose ası́ una mejora en términos de tiempo pero no en la memoria principal utilizada. Por otro lado se realizaron pruebas de detección usando el conjunto de 93 supernovas detectadas por el sondeo de HiTS del año 2015, hallándose mejoras notables en la disminución de falsos positivos ası́ como también un leve aumento en el número de verdaderos positivos al emplear las versiones clásica y de máxima correntropı́a de los filtros refactorizados. Sin embargo no ocurrió lo mismo con el nuevo filtro unscented, que permite emplear funciones no lineales al momento de estimar. Para este filtro se usaron una función cuadrática y otra de exponente 1,5; evaluadas sobre el paso del tiempo desde el inicio de las observaciones (o épocas). Se recomienda continuar estudiando el nuevo filtro de Kalman de aproximación no lineal debido al acotado conjunto de parámetros y funciones utilizado durante la realización de este trabajo.

O eletrocardiograma transMITe informações com relação à passagem do pulso elétrico pelo coração e, conseqüentemente, do funcionamento deste. Desde o início da sua utilização, possibilitada pelo trabalho de Willem Einthoven criando a primeira máquina capaz de medir o pulso elétrico de forma não invasiva e com sensibilidade forte o bastante para ser capaz de produzir um gráfico proveitoso, o eletrocardiograma é muito utilizado para avaliação clínica de pacientes. Entretanto a evolução das máquinas que o descrevem não foi muito além do que o elaborado por Einthoven no início do século 20. As máquinas capazes de captar o eletrocardiograma se tornaram menores (até portáteis para algumas aplicações), gráficos passaram a ser disponibilizados em telas de vídeo (ao invés das fitas de papel) e, como maior evolução, as máquinas que observam o eletrocardiograma passaram a conseguir captar a ocorrência de um ciclo cardíaco com alta confiabilidade e, atualmente, passaram a medir também o parâmetro ST com precisão deliMITada (necessitando ajuda do operador para ajuste em alguns casos). É baseado nestes fatos que esta dissertação procura estudar algoritmos matemáticos, de forma mais focada nos modelos do impulso elétrico durante os ciclos cardíacos, e avaliar suas capacidades de interpretar parâmetros do ciclo de ECG de forma precisa e rápida para que o médico tenha prontamente os dados necessários para realizar a avaliação clínica do paciente. Em primeira análise foram estudados os algoritmos para detecção do pulso de eletrocardiograma (detecção da onda R), em seguida feito o janelamento da curva de ECG a fim de separar os ciclos cardíacos. A partir deste ponto foram analisados os modelos matemáticos gerados por equações polinomiais, Transformada de Fourier e Transformada wavelet. E, com o intuito de filtrar ruídos e gerar derivações não medidas, foi implementado um filtro de kalman em um modelo vetorial do eletrocardiograma. Para avaliar os resultados obtidos foram utilizados requisitos de desempenho declarados pelo FDA norte americano e pela norma européia IEC60601-2-51. Essas análises foram feitas através da utilização dos algoritmos gerados nas curvas provindas do banco de dados do PhisioNet. O método polinomial não foi considerado interessante na medida em que não possibilita gerar uma equação para um ciclo cardíaco, mas sim várias equações (uma para cada ponto do ciclo). Os demais métodos apresentaram melhor eficiência na medida em que foram capazes de gerar parâmetros com significado físico e possibilitando melhor caracterização de pontos importantes da curva do eletrocardiograma. / The electrocardiogram gives information related to the passage of an electric pulse through the heart and, therefore, to his state function. Since the beginning of electrocardiogram utilization, thanks to the work of Willem Einthoven building the first machine capable of measuring the electric pulse non-invasively and with sensitivity enough to be able to provide a profitable graph, it is widely used for clinical evaluation of patients. However the evolution of the machines that describes the electrocardiogram hadn´t much more advances since the elaborated by Einthoven in the beginning of the 20th century. They become smaller (even portable for some applications), the graphs are now displayed in video screens (instead of the paper strip) and, taking place as the biggest evolutions, machines that observes the electrocardiogram became able to recognize a cardiac cycle with high reliability and, more recently, became able to measure the ST parameter with liMITed precision (it needs the help of the operator to set specific measuring points in some cases). It is based in these facts that this dissertation looks for analyzing mathematic algorithms, more specifically the mathematic models of the electric impulse during the cardiac cycles, and evaluate their capacities to expound ECG parameters in a fast and reliable way in order to the physician receive promptly the data needed for his clinical evaluation of the patient. For the first step were analyzed some algorithms for electrocardiogram pulse detection (detection of R wave), in the following step were done the windowing of the ECG wave in order to separate the cardiac cycles. In this step were analyzed the mathematic models generated by polynomial equations, Fourier Transform and Wavelet Transform. And, in order to filter noises and generate leads not measure, it was implemented a kalman´s filter at a vector model. To evaluate the obtained results were used the requirements of performance given by north-american FDA and by the European rule IEC60601-2-51. These evaluations were done by executing the generated algorithms in the waves supplied by the databank PhisioNet. The polynomial method weren´t considered interesting because it weren´t able to generate an equation for the cardiac cycle, but many equations (one for each point of the cycle). The other methods showed a better efficiency since they were capable of generate parameters with physical meaning and being able to do a better characterization of the important points of the electrocardiogram wave.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2018. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF). / O Laboratório de Aplicação e Inovação em Ciências Aeroespaciais (LAICA) da Universidade de Brasília (UnB) está desenvolvendo uma plataforma de testes de nanossatélites capaz de simular condições ambientais vistas no espaço, especialmente no que diz respeito ao campo magnético da Terra em órbitas, o movimento rotational livre de atrito e o torque gravitacional baixo. Essa plataforma compreende vários subsistemas, tais como uma mesa com rolamento a ar, na qual nanossatélites são montados para teste de seus subsistemas; uma gaiola de Helmholtz, responsável por simular o campo magnético da Terra presente em vários tipos de órbita, especialmente órbitas de baixa altitude (LOE), que são as mais comuns para nanossatélites; sistemas de atuação, tais como rodas de reação e atuadores magnéticos, usados para estudar estratégias de controle de atitude, e sistemas de determinação de atitude, tais como aqueles baseados em telemetria embarcada ou visão computacional. A mesa com rolamento a ar é a parte responsável por fornecer o movimento livre de atrito com três graus de liberdade rotacionais. Ademais, para fornecer o requisito de torque gravitacional baixo, um método deve ser desenvolvido para balancear a mesa com rolamento a ar. Neste trabalho, foco é dado para a solução desse problema. Vários métodos para balanceamento da plataforma de testes do LAICA são apresentados, especialmente quanto às soluções de filtragem, como aquelas que utilizam o filtro de Kalman e suas variações, e esquemas de controle adaptativo, auxiliados pela teoria de Lyapunov. A performance dos métodos de balanceamento propostos é avaliada por meio de simulações e experimentos. / The Laboratory of Application and Innovation in Aerospace Science (LAICA) of the University of Brasília (UnB) is developing a nanosatellite testbed capable of simulating the environment conditions seen in space, specially regarding the Earth magnetic field in orbits, the frictionless rotational movement and the low gravitational torque. This testbed comprises various subsystems, such as an air bearing table, on which nanosatellites are mounted for testing its subsystems; a Helmholtz cage, responsible for simulating the Earth magnetic field present in various kinds of orbit, specially Low Earth Orbits, which is the most common for nanosatellites; actuation systems, such as reaction wheels and magnetorquers, used to study attitude control strategies, and attitude determination systems, such as those based on embedded telemetry or computer vision. The air bearing table is the part responsible for providing the frictionless movement with three rotational degrees of freedom. Also, for providing the low gravitational torque requisite, a method must be developed for balancing the air bearing table. In this work, focus is given for solving this problem. Various methods for balancing the LAICA testbed are presented, specially regarding filtering solutions, such as those using the Kalman Filter and its variations, and adaptive control schemes, aided by the Lyapunov theory. The performance of the proposed balancing methods is evaluated through simulations and experiments.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Ingeniero Civil Eléctrico / La segmentación de vasos sanguíneos en imágenes digitales permite tener un método no invasivo de diagnosticar enfermedades como diabetes, hipertensión y algunas enfermedades cardiovasculares. Puede servir en la implementación de programas para la detección temprana de varias enfermedades de la retina y también para la identificación biométrica basada en la forma de los vasos sanguíneos. La segmentación manual de vasos sanguíneos de retina es una tarea que consume mucho tiempo y requiere entrenamiento y habilidad. Los vasos sanguíneos en la retina están compuestos de arterias y venas que se presentan como líneas oscuras en un fondo relativamente uniforme. La dificultad de su segmentación se debe a su forma, tamaño y luminosidad altamente variables, ruido en la imagen, además de su cruce y bifurcación. En los métodos para la segmentación automática de vasos previamente publicados en revistas internacionales están aquellos que obtienen un vector de características por pixel utilizando el canal verde de la imagen y la respuesta a un filtro gaussiano en 5 escalas que ocupa k-vecinos más cercanos (KNN) como clasificador. Otro método crea un vector de 27 características y usa k-vecinos más cercanos como clasificador. Otro método extrae un vector de 5 características, incluyendo el canal verde y la respuesta a filtros Gabor en 4 escalas y usa un clasificador bayesiano. En esta tesis se propone un método de segmentación automática de vasos sanguíneos de cuatro etapas. Primero, se extrae el canal verde de la imagen, ya que es donde más destacan los vasos sanguíneos. A continuación se efectúa una ecualización de histograma adaptiva para mejorar el contraste entre los pixeles del fondo y de los vasos sanguíneos. Luego se aplica un banco de filtros correspondientes a una suma de filtros Gabor, obteniendo como resultado el máximo de las respuestas al banco de filtros. Finalmente, se segmenta la respuesta al banco de filtros usando un umbral calculado con la maximización de la entropía de la matriz de co-ocurrencia. Para la optimización de los parámetros y evaluación de resultados se utilizó la base de datos DRIVE ya que es una base de datos marcada y disponible internacionalmente, que permite comparar los resultados obtenidos con otros publicados previamente. La optimización de los parámetros de la ecualización de histograma adaptiva y la elección del canal verde se realizó maximizando la distancia de Bhattacharyya entre las clases de vasos sanguíneos y fondo de las imágenes. Los parámetros de los filtros fueron optimizados mediante algoritmos genéticos, maximizando el accuracy de la segmentación. De las 40 imágenes de la base de datos DRIVE se eligieron 10 para el conjunto de entrenamiento y 10 para el de validación. El conjunto de prueba usa las 20 imágenes estándares. Los resultados muestran que la precisión obtenida para el conjunto de prueba fue de 0,9462, lo que es similar a los resultados obtenidos por las mejores publicaciones en la misma base de datos y a la obtenida por el segundo experto humano (0,9473). Al comparar con uno de los métodos con mejores resultados (precisión de 0,9466), el tiempo de segmentación disminuyó de 120[s] en el trabajo previo, a 5[s] en el método propuesto. En comparación con los resultados de una implementación de redes neuronales convolucionales, ésta tardó más (170[s]) y su precisión fue menor que con el método propuesto. Por lo tanto el método propuesto muestra una precisión cercana a la máxima previamente publicada pero con un tiempo de procesamiento mucho menor. A futuro el método podría paralelizarse para mejorar aún más su tiempo de cómputo.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-04-25T17:36:15Z No. of bitstreams: 1 2016_BrunoBatistaSuehara.pdf: 6751035 bytes, checksum: 0dd1bcc9580dd606f254f041995047ec (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-04-25T17:37:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_BrunoBatistaSuehara.pdf: 6751035 bytes, checksum: 0dd1bcc9580dd606f254f041995047ec (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-25T17:37:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_BrunoBatistaSuehara.pdf: 6751035 bytes, checksum: 0dd1bcc9580dd606f254f041995047ec (MD5) Previous issue date: 2018-04-25 / A crescente utilização da energia proveniente dos ventos em todo o mundo vem trazendo desafios aos desenvolvedores de turbinas eólicas. Mais especificamente, o desenvolvimento de controladores capazes de aumentar a potência produzida pelos aerogeradores e otimizar a resposta gerada para as trajetórias nominais torna-se de suma importância para as indústrias do setor eólico, as quais buscam melhores resultados a cada dia. Um dos principais desafios enfrentados pelos fabricantes de turbinas eólicas é a complexa aerodinâmica envolvida no sistema eólico, que é particularmente não-linear, o que gera regiões de alta instabilidade para determinados pontos de operação em regime permanente. Neste contexto, o presente trabalho propõe um método de controle para velocidade angular de turbinas eólicas por meio de técnicas de planejamento de trajetória. Este método é denominado controle por planicidade diferencial, também conhecido apenas como Flatness, que juntamente com a utilização de um filtro de Kalman, irá produzir uma solução ótima para a resposta do sistema mesmo considerando-se a hipótese da presença de ruídos. Um controlador linear quadrático gaussiano será aplicado ao modelo do sistema com o intuito de comparar seus resultados com as saídas do controlador via planicidade diferencial. / The increasing use of energy from the winds around the world has brought challenges to developers of wind turbines. More specifically, the development of controllers able to increase the power produced by wind turbines and optimize the response generated for nominal trajectories becomes very important for the sector’s industries wind, which searches better results every day. One of the main challenges faced by wind turbine manufacturers is the complex aerodynamics involved in the wind power system, which is particularly non-linear, generating high instability regions for certain operating points on a steady state. In this context, this paper proposes a method to control the angular velocity of wind turbines through trajectory planning techniques. This method is named flatness based control, also known only as Flatness, with together the use of a Kalman filter, will produce an optimum solution to the system response even considering the possibility of the presence of noise. A linear quadratic gaussian controller will be applied to the model in order to compar its results to the outputs of the flatness based control.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-05-05T16:24:10Z No. of bitstreams: 1 2017_TássioMeloLinhares.pdf: 3677540 bytes, checksum: 0ebe53822753f1624bbab44e8f171fc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-05-30T11:17:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_TássioMeloLinhares.pdf: 3677540 bytes, checksum: 0ebe53822753f1624bbab44e8f171fc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-30T11:17:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_TássioMeloLinhares.pdf: 3677540 bytes, checksum: 0ebe53822753f1624bbab44e8f171fc9 (MD5) Previous issue date: 2017-05-30 / Este trabalho apresenta o desenvolvimento, análise e comparação de diferentes metodologias para o projeto de compensadores de heave em coluna de perfuração. Primeiramente, é apresentada uma revisão dos trabalhos já realizados, presentes na literatura. Na sequência, é apresentado um estudo da modelagem da coluna de perfuração. Continuando os estudos, uma metodologia de projeto de compensador de heave passivo é apresentada e realizada em um protótipo de pequena escala. Com o intuito de obter maiores níveis de atenuação, projetos de compensadores ativos são realizados. Assim, o estudo de observadores, estimadores e filtros, como o filtro de Kalman é desenvolvido. Três metodologias de controle ativo são apresentadas, alocação de polos, alocação de polos com rejeição de perturbação (usando planicidade diferencial) e controle robusto backstepping. Por fim, os resultados das simulações numéricas são apresentados e analisados. / This master thesis presents the development, analysis and comparison of different heave compensator methodologies for drill string. Firstly, a review of previous studies about the subject is presented. Next, is presented a study of drill string modelling. Following the studies, a methodology to design a passive heave compensator is develop and validated by using a small scale prototype. In order to obtain higher levels of attenuation, active heave compensators are designed. Hence, the study of observers, estimators and filters, such as Kalman filter is developed. Three methodologies of active controls are presented, pole placement, pole placement with disturbance rejection using flatness and backstepping robust control. Finally, numerical simulations results are presented and analysed.