No Brasil a exploração do petróleo está crescendo cada vez mais principalmente com as atividades offshore devido às constantes descobertas de novas jazidas em alto mar. Isto cria a necessidade de embarcações que garantam operações mais seguras o que pode ser obtido com aquelas dotadas de sistemas de posicionamento dinâmico. O projeto de um sistema de posicionamento dinâmico não é simples sob o ponto de vista de controle já que é um sistema não-linear multivariável sobreatuado; e não é barato devido aos elevados custos de implementação. Portanto, para se projetar adequadamente este tipo de sistema é imprescindível a elaboração de meios para ensaiar toda a estrutura real em desenvolvimento num tanque de provas utilizando modelos em escala. Neste trabalho é mostrado o projeto, construção e testes da eletrônica embarcada de um aparato experimental para ensaios de veículos oceânicos em tanque de provas, cujo projeto baseou-se em aspectos técnicos importantes para seu bom funcionamento como a descentralização dos processamentos necessários, a comunicação sem fio robusta com um console central responsável pelo processamento de todos os algoritmos do controlador superior e a preocupação com a compatibilidade eletromagnética do sistema. O console central consiste de uma interface de comunicação com o usuário e dos blocos de controle que são o filtro de Kalman, o controlador e o alocador de empuxos. Nos ensaios o desempenho da eletrônica é averiguado experimentalmente e os excelentes resultados obtidos mostram que o modelo responde de acordo com os comandos do controlador, principalmente com relação aos controles localizados para cada motor de propulsor contribuindo assim para o bom comportamento do conjunto. / In Brazil the exploration of oil is increasing mainly with the offshore activities due to the new found deposits. This situation requires more safety vessels which can be achieved using dynamic positioning systems. As a dynamic positioning system is a multivariable non linear and overactuated system, its design is not simple; and it is also not cheap due to high implementation costs. Therefore, the development of experimental environments to adequately study and design this type of system is essential. This work shows the embedded electronic project and assembly of an experimental setup in order to test floating vessel models. The project was developed based on important technical aspects to guarantee a good performance like processing decentralization, robust wireless communication with a central console responsible by the all control algorithms and the concern with electromagnetic compatibility of the system. The central console is composed by a human interface, control and Kalman filter structures and a thruster allocation algorithm. The performance of the electronic structure is verified experimentally during the tests and the excellent results show that the model works, in accordance to the controller commands, mainly related to local thruster control which contributes to the good system behavior

Orientador: Luís Geraldo Pedroso Meloni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T11:37:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_RaquelGuerreiro_M.pdf: 2133776 bytes, checksum: 9563366e87c7b63b25e8e48bf81e0658 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Na prática, quando um sistema faz uso de altas taxas de transmissão, os símbolos transmitidos são sujeitos a interferência inter-simbólica (ISI). Além disso, se existe movimento relativo entre o transmissor e receptor, tal movimentação provoca mudança no perfil do canal ao longo do tempo. Portanto, para que seja possível a implementação de sistemas sem-fio modernos que usem múltiplas antenas de transmissão e/ou recepção, é essencial que sejam desenvolvidos métodos que lidem com tais condições. Nesse contexto, este trabalho estuda a utilização da abordagem de estimação dos coeficientes de um canal MIMO com interferência inter-simbólica e variante no tempo e detecção de símbolos de forma conjunta. Com base na modelagem da dinâmica temporal dos coeficientes do canal e dos símbolos transmitidos, um vetor de estados é definido contendo ambas informações levando a uma não-linearidade na equação de observação do sistema proposto. Uma solução analítica para o problema de filtragem não-linear é então apresentada, bem como dois algoritmos que propõem soluções sub-ótimas. Por fim, simulações numéricas comprovam a superioridade da abordagem conjunta e mostram os desempenho dos dois algoritmos propostos para a solução do problema de estimação e detecção conjuntas em sistemas MIMO submetidos a canais sem-fio seletivos em frequência e variantes no tempo / Abstract: In practice, when a system uses high data transmission rates, the transmitted symbols are subjected to inter-symbol interference (ISI). Furthermore, if there exists a relative movement between the receiver and the transmitter, the wireless channel through which data is transmitted will vary in time. Therefore, in order to implement practical wireless systems that use multiple transmit and/or receive antennas, it is essential to devise methods to correctly detect symbols transmitted under such conditions. In this context, this dissertation studies the joint channel estimation and symbol detection approach. In establishing models for the temporal dynamic of the channel coefficients and transmitted symbols, an augmented state vector is defined containing both information, which leads to a non-linear observation equation. Then, an analytic solution is presented along with two sub-optimal algorithms. Finally, numeric simulations attest the superiority of the joint approach and confirm the performance of the algorithms for both the joint channel estimation and symbol detection approach in MIMO systems subject to frequency selective and time varying wireless channels / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Emanuel Pimentel Barbosa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-05T13:04:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_DanielTakata_M.pdf: 3107518 bytes, checksum: c063e22a01c9ebf48a081c148b6138d8 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: É de grande interesse o estudo de previsão de séries temporais, ou seja, conseguir identificar características do processo num ponto futuro. Para isso, é necessário estimar com precisão, ou pelo menos com uma boa aproximação, o processo gerador dos dados. Nos últimos anos, modelos de redes neurais artificiais vêm desempenhando um papel crescente na abordagem e solução de problemas estatísticos importantes. A estrutura mais básica de rede neural, as redes progressivas ou feedforward, sem retroalimentação, têm se mostrado uma alternativa vantajosa, em alguns casos, em relação aos modelos lineares tradicionais. No entanto, algumas séries apresentam características que permitem introduzir algum tipo de realimentação na rede. Tal rede chamada de rede neural recorrente, ferramenta ainda pouco explorada pela comunidade estatística. São dois os principais objetivos da dissertação. Primeiro, o estudo de redes neurais recorrentes para predição de séries temporais, o que compreende sua fundamentação teórica, principais arquiteturas e algoritmos de aprendizagem e sua implementação computacional. Segundo, estudo comparativo da performance preditiva dessas redes para séries temporais, tanto no caso de séries temporais de memória curta quanto de memória longa, tomando-se como referência modelos padrão tipo ARIMA e ARFIMA. São utilizadas séries espaciais (dados de variáveis do solo) e séries temporais (séries de inflações de países desenvolvidos). Os resultados mostram que o uso das redes para predição é vantajoso em relação a modelos lineares para diversas séries. Também é desenvolvido um novo modelo (redes neurais com pesos variáveis) e seu correspondente algoritmo de estimação baseado nas características dos dados / Abstract: Forecasting of time series is a topic of great interest nowadays. To do so, the data generating process needs to be estimated with a good degree of accuracy. In the last years, artificial neural networks are becoming more important in the statistical community. The more basic structure of a neural network, the feedforward neural nets, without feedback, can be a profitable alternative, in some cases, comparing to linear traditional models. However, some time series present characteristics that allow to introduce some kind of feedback in the network. Such network is called recurrent neural network, a tool not so popular in the statistical community.Two of the main concerns of this work are the study of recurrent neural networks for prediction of time series (theoretical fundamental, main architectures and learning algorithms) and the comparative study of the predictive performance of these networks for short and long memory time series. Spatial series (solo science data) and time series (inflation data) are used. The results show that the networks have good prediction performance comparing to linear models in several series. A new model (neural networks with varying coefficients) and its estimation algorithm are proposed, based in the data characteristics / Mestrado / Mestre em Estatística

Orientador: Lee Luan Ling / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T02:50:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jorge_Christian_M.pdf: 1384136 bytes, checksum: 21169a9d54dc981f5cfe38cdbaf733e5 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Nas redes de comunicações, a atual integração de vários tipos de serviços, cada qual com características estatísticas e requisitos de qualidade de serviço distintos, traz consigo a necessidade de esquemas eficientes de gerenciamento e controle de congestionamento do tráfego presente. Em pequenas escalas de tempo, os esquemas atuais podem ter sua eficiência reduzida devido à alta irregularidade do tráfego. Desta forma, neste presente trabalho, tendo como base à disciplina de escalonamento Generalized Processor Sharing (GPS), propõe-se um esquema de escalonamento de fluxos de dados que utiliza o expoente de Hölder pontual para caracterização local de cada fluxo. Para isso, propõe-se conjuntamente um estimador dinâmico destes expoentes e um preditor. Os expoentes de Hölder pontuais são estimados dinamicamente por meio do decaimento dos coeficientes wavelets em janelas de tempo. O preditor proposto possui características adaptativas e baseia-se no filtro de Kalman e no filtro de Mínimos Médios Quadrados Normalizado (Normalized Least-Mean-Square - NLMS). As avaliações realizadas mostram que este esquema de escalonamento contribui para o controle dinâmico preventivo no sentido de se obter uma menor perda de dados e um melhor uso da taxa de transmissão do enlace, em comparação com o GPS convencional / Abstract: Today network traffic is composed of many services with different statistical characteristics and quality of service requirements. This integration needs efficient traffic congestion control and management schemes. Dynamic and preventive schemes usually anticipate traffic conditions by means of a prediction process. Nevertheless, at fine-grained time scales, traffic exhibits strong irregularities and more complex scaling law that make this prediction process a non-trivial task. In this work we model network traffic flows as multifractal processes and introduce the pointwise Hölder exponent as an indicator of the local regularity degree. Also we propose a new traffic flow scheduling scheme based on the Generalized Processor Sharing (GPS) discipline that incorporate the pointwise Hölder exponent to locally characterize each data flow. For this end we explicitly present both dynamic pointwise Hölder exponent estimation and prediction mechanisms. The pointwise Hölder estimation is carried out dynamically based on the decay of the wavelet coefficients in the selected time windows. The proposed predictor is adaptive and implemented with both Kalman and Normalized Least Mean Squares (NLMS) filters. Experimental evaluations have validated the proposed scheduling scheme, resulting in low data loss rate and a better sharing of the network resources in comparison with the usual GPS scheme / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose C. Geromel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T14:56:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_RafaeldeCastroDuarte_M.pdf: 331846 bytes, checksum: 23104cfddf85c27b47361e2f3ba52327 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho, é proposto um novo método para o projeto de filtros robustos em norma H2, que consiste na utilização de uma combinação linear dos filtros de Kalman obtidos para os vértices do politopo de incertezas. Para esta classe de filtros, são obtidos problemas, expressos na forma de LMIs, para a determinação dos coeficientes que produzem o melhor filtro robusto. Inicialmente, uma sub-classe de sistemas politópicos é considerada e, em seguida, os resultados são generalizados para sistemas a tempo contínuo e discreto com incertezas paramétricas politópicas. São definidos limitantes inferior e superior para a norma do erro de estimação que permitem avaliar a qualidade do filtro proposto. Sua ordem é geralmente maior que a do sistema em estudo, o que contribui para melhorar o seu desempenho / Abstract: In this work, a new method to H2robust filtrer design is proposed. A convex combination of Kalman filters, calculated in each vertex of the uncertainty polytope, is used to synthesize the robust filter. For this model, the best one is calculated through a convex programming problem, expressed in terms of LMIs. Inicially a sub-class of polytopic systems is considerated and later it is widened to cope with both continuous and discrete time systems subject to polytopic parameter uncertainty. Lower and upper bounds of the estimation error norm are defined in order to evaluate the quality of the proposed filter. Its order generally is greater than the order of the plant, which contributes to reduce conservatism / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

O presente trabalho trata do desenvolvimento de um sistema de sensoriamento de orientação utilizando sensores inerciais de baixo custo, de tecnologia MicroElectroMechanical Systems, MEMS, que apresentam altas taxas de ruído. Assim, é realizada a filtragem e fusão dos dados dos sensores para obtenção de uma estimativa confiável, com a aplicação do filtro de Kalman estendido. O sistema é utilizado para a navegação e controle em um veículo aquático de superfície autônomo. No desenvolvimento do trabalho são investigados os princípios da navegação inercial, da representação da orientação e os sistemas de coordenadas envolvidos, apresentando o método por ângulos de Euler, quatérnios e DCM e o procedimento de atualização conforme a variação da orientação. O sistema desenvolvido foi testado em bancada e em um barco com formato de trimarã construído no Laboratório de Controle e Eletrônica de Potência, na Escola de Engenharia de São Carlos, mostrando os resultados dos testes realizados navegando em uma represa, obtendo resultados satisfatórios para essa aplicação. É mostrado também o comportamento dinâmico dos veículos aquáticos de superfície através do estudo da dinâmica de corpos rígidos. / This work describes the development of an orientation sensing system composed of low cost inertial sensors with MicroElectroMechanical Systems (MEMS) technology, which presents high noise levels. Thus, filtering and sensor\'s measurements fusion is done in order to achieve a reliable estimation, trough an extended Kalman filter. The system is used for navigation and control of an autonomous aquatic surface vehicle. In this work, the principles of inertial navigation, orientation representation as well as the coordinate frames involved are investigated, presenting the methods trough Euler angles, quaternions and DCM, and the update proceeding according to the orientation changes. The developed system was tested in the lab and on a trimaran shaped vessel navigating on a dam, wich was developed in the Control and Power Electronics Laboratory at the São Carlos School of Engineering, achieving satisfactory results for this application. It is also shown the dynamic behavior of the surface aquatic vehicles, using rigid-body dynamics.

Esta Tese explora o Processo de Cox quando sua intensidade pertence a uma família de difusões afim. A forma da funçâo densidade de Probabilidade do Processo de Cox é obtida quando a intensidade é descrita por uma difusão fim d-dimensional arbitrária. Analisa-se também o acoplamento e convergência para o Processo de Cox com intensidade afim. Para ilustrar assume-se que a intensidade do Processo é governada por uma difusão de Feller e resultados mais detalhados são obtidos. Adicionalmente, os parâmetros da intensidade do Processo são estimados por meio do Filtro de Kalman conjugado com o estimador de Quase-Máxima Verossimilhança. / This Thesis deals with the Cox Process when its intensity belongs to a family of affine diffusions. The form of the probability density function of the Cox process is obtained when the density is described by an arbitrary d-dimensional affine diffusion. Coupling and convergence results are also addressed for a general Cox process with affine intensity. We adopted the Feller diffusion for driving the underlying intensity of the Cox Process to illustrate our results. Additionally the parameters of the underlying intensity processes are estimated by means of the Kalman Filter in conjunction with Quasi-Maximum Likelihood estimation.

Orientadores: Janito Vaqueiro Ferreira, Arthur de Miranda Neto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T02:40:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodriguezRuiz_MariaFernanda_M.pdf: 8751418 bytes, checksum: adc682edc93b0bb96046bdc3bde2c72e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Os veiculos autônomos são uma realidade, mas seu desenvolvimento requer a altos custos. No entanto, a fim de fortalecer os avanços na robótica móvel, há um grande esforço no desenvolvimento de aplicações de baixo custo orientadas aos veículos autônomos, sendo o estudo de métodos de localização uma das áreas de maior interesse, a fim de uma navegação segura. Esta dissertação de mestrado propõe um método de localização híbrida, composto por sensores proprioceptivos e exteroceptivos, e informações adicionais como mapas digitais e reconhecimento de objetos chave, para melhorar a estimação da posição de um veículo terrestre. O sistema está baseado nas informações de posicionamento obtidas por um GPS de baixo custo e também em informações obtidas pelo método de localização referenciada, baseada em um conjunto de dados geográficos disponíveis em uma base de dados que compõe o mapa digital. A técnica de fusão de dados selecionada é baseada no filtro de Kalman estendido (EKF), que combina as informações de diferentes sistemas a fim de aumentar a robustez do sistema de localização. O desempenho do método de localização proposto é verificado através de uma plataforma de localização composta por ferramentas como um servidor de mapas baseado em OpenStreetMap e uma outra de simulação composta por ferramentas como ROS e Gazebo, que inclui um veículo terrestre com sensores embarcados, um mapa digital e objetos chave. A arquitetura selecionada é de fácil adequação para a realização de testes, já que permite simular objetos e sensores bem próximos à realidade / Abstract: The autonomous vehicles are a reality, but its development is equivalent to high costs. However, in order to strengthen the advances in mobile robotics, there is a large effort in developing low cost oriented applications to autonomous vehicles, with the study of methods of finding the area of most interest in relation to the fact achieve a navigation secure. This dissertation proposes a method of hybrid location consists of proprioceptive and exteroceptive sensors, and additional information such as digital maps and recognition of key objects, to improve the estimation of a land vehicle position. The system is based on the positioning information via GPS low cost, and information obtained by the method referenced location, based on a set of available spatial data in a database comprising the digital map. The fusion technique selected data is based on the extended Kalman filter (EKF) that combines the information of different systems in order to increase the robustness of the location system. The performance of the proposed method of location is verified through a location platform consists of a server tools like maps based on OpenStreetMap and another comprising simulation tools such as ROS and Gazebo, which includes a ground vehicle with embedded sensors, a map digital and key objects. The selected architecture is easily suitability for testing, since it allows you to simulate objects and sensors very close to reality / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestra em Engenharia Mecânica

Orientadores: Luiz Koodi Hotta, Fernando Antônio da Silva Moura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-20T15:43:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LunaHernandez_Angela_M.pdf: 2230052 bytes, checksum: 7cee5005f5f1bd9bbdd565de481db0ad (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A dissertação apresenta o processo de estimação em pesquisas repetidas sob o enfoque de séries temporais, empregando Modelos de Espaço de Estados e o filtro dos mínimos quadrados generalizados ou filtro GLS. Este filtro permite o tratamento de modelos com erros de observação autocorrelacionados de forma mais simples do que utilizando o filtro de Kalman e, além disso, possibilita a modelagem conjunta de várias subpopulações ou domínios sob restrições de benchmark obtidas a partir da mesma pesquisa. Isto não só permite manter a coerência entre as estimativas obtidas pelo método, e estimativas agregadas baseadas no planejamento da amostra, como ajuda na proteção contra possíveis erros de especificação dos modelos. Considerando o caso de amostras com rotação, também é abordado o processo de estimação da estrutura de autocorrelação dos erros amostrais empregando o método dos pseudo-erros. Via simulação, é replicado todo o procedimento de estimação, comparando resultados obtidos empregando os filtros GLS e de Kalman. Adicionalmente, é ilustrada a aplicação do filtro sob restrições de benchmark empregando a série de taxa de desemprego da Pesquisa Mensal de Emprego do IBGE, no período de março de 2002 a fevereiro de 2012 / Abstract: This work presents the estimation process in repeated surveys using State Space Models and the generalized linear squares filter, GLS filter, under the time series approach. This filter deals with autocorrelated errors in the observation equation, in a simpler way than the well-known Kalman filter. Additionally, it allows for modeling jointly several domains under benchmark constraints obtained from the same survey. The benchmarking not only achieves coherence between the model-based estimates and the corresponding design-based aggregated estimates, but also provides protection against possible model failures. For the scenario of samples with a rotation scheme, the estimation of the autocorrelation structure of observational errors, using the pseudo-errors method, is also addressed. Simulation are used to compare the GLS and Kalman filter estimators. Moreover, the application of GLS filter under benchmark restrictions is illustrated, using the unemployment rate time serie from the Brazilian monthly labor force survey, from March 2002 to February 2012 / Mestrado / Estatistica / Mestre em Estatística

[pt] O objetivo desta tese é o de apresentar e investigar a metodologia de Durbin e Koopman (DK) usada para estimar o espaço de estado de modelos de séries temporais não- Gaussianos, dentro do contexto de modelos estruturais. A abordagem de DK está baseada na avaliação da verossimilhança usando uma eficiente simulação de Monte Carlo, por meio de amostragem por importância e técnicas de redução de variância, tais como variáveis antitéticas e variáveis de controle. Ela também integra conhecidas técnicas existentes no caso Gaussiano tais como o Filtro de Kalman Siavizado e o algoritmo de simulação suavizada. Uma vez que os hiperparâmetros do modelo são estimados, o estado, que contém as componentes do modelo, é estimado pela avaliação da moda a posteriori. Propomos então aproximações para avaliar a média e a variância da distribuição preditiva. São consideradas aplicações usando o modelo de Poisson. / [en] The aim of this thesis is to present and investigate the methodology of Durbin and Koopman (DK) used to estimate non-Gaussian state space time series models, within the context of structural models. DK`s approach is based on evaluating the likelihood using efficient Monte Carlo simulation, by means of importance sampling and variance- reduction techniques, such as antithetic variables and control variables. It also contents known existent techniques for the Gaussian case as the Kalman Filter smoother Simulation algorithm. Once the model hyperparameters are estimated, the state, which encapsulates the model`s components, is estimated by evaluating its posterior mode. Proposals are approximated to evaluate mean and variance for the predictive distribution. Applications are considered using the Poisson model.