A sensibilidade eletromecânica dos transdutores de eletretos poliméricos resulta em muitas aplicações na engenharia, que motivaram a produção industrial de um filme não homogêneo e eletricamente carregado, denominado filme eletromecânico ou EMFi (ElectroMechanical Film). Um dispositivo alternativo a este EMFi, produzido em nosso laboratório, foi o resultado de uma bolha de ar homogênea termoformada, unida por dois filmes de teflon FEP. Este dispositivo possui uma estrutura similar ao EMFi, mas permite cavidades homogêneas a serem predefinidas e distribuídas no momento em que o dispositivo é produzido, diferindo das células no EMFi com tamanhos diversos e dispersas no interior do filme industrial. A possibilidade de controlar a geometria das bolhas de ar tornou possível o desenvolvimento de um modelo, empregado como uma ferramenta de projeto. A resposta eletromecânica deste transdutor foi modelada e então apresentada neste trabalho. Este modelo analítico avalia o desempenho destes transdutores com somente uma bolha termoformada, para efeitos de simplificação, baseado em capacitores em série, em função da deformação mecânica e da carga elétrica retida no polímero. São representados dinamicamente com parâmetros elétricos e mecânicos, definidos à medida que operam como sensores ou atuadores, com respeito ao limites impostos pela aplicação especificada. O gráfico da resposta em freqüência mostra a freqüência de ressonância e a largura da faixa para meia-amplitude que determina o coeficiente de amortecimento que não pode ser obtido diretamente do modelo analítico. Este gráfico também permite comparar a freqüência natural obtida graficamente com aquela calculada pelo modelo, tornando mais confiável o modelo desenvolvido para o transdutor. Finalmente, melhorias na instrumentação e em condições mais adequadas para os testes são sugeridas, bem como métodos alternativos para trabalhos futuros. / The electromechanical sensibility of polymeric electrets transducers yields many engineering applications which have motivated industrial production of a non-homogeneous and electrically charged film, the so-called electromechanical film (EMFi). An alternative device for this EMFi that has been produced in our laboratory was a homogeneous thermo-formed air bubbles bonded with two teflon FEP films. This device has a structure similar to the EMFi, but allows the homogeneous voids to be pre-defined and distributed at the moment the device is produced, differing the EMFi voids with diverse sizes and dispersed into the industrial film. The possibility to control the air bubbles geometry makes possible the development of a model to be used as a design tool. The electromechanical response of this transducer has been modeled and is presented in this work. Such analytical model evaluates the transducers performance using just a single thermo-formed bubble for simplification purposes, based on series capacitors, which are function of the mechanical deformation and electrical charge trapped in the polymer. They are represented dynamically, with electrical and mechanical parameters being defined as they work as sensors or actuators, regarding the limits imposed by the specified application. A frequency response plot shows the resonance frequency and the bandwidth for the half amplitude, which determines the damper coefficient that cannot be obtained directly from the analytical model. This plot also allows comparison of the natural frequency obtained graphically with the calculated one using the model, making more reliable the transducer model developed. Finally, instrumentation improvements and more suitable test conditions are suggested, as well as alternative methods for future works.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-02-29T21:40:50Z No. of bitstreams: 1 TaniroChaconRodrigues_TESE.pdf: 4412533 bytes, checksum: 500008d61dae88370bb6936adea4e788 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-03-01T20:21:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TaniroChaconRodrigues_TESE.pdf: 4412533 bytes, checksum: 500008d61dae88370bb6936adea4e788 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-01T20:21:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TaniroChaconRodrigues_TESE.pdf: 4412533 bytes, checksum: 500008d61dae88370bb6936adea4e788 (MD5) Previous issue date: 2015-03-30 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Redes de Sensores e Atuadores sem Fio (RSASF) s?o um dos principais componentes de Sistemas de Computa??o Ub?qua e possuem aplica??es em diferentes dom?nios do conhecimento humano. Devido ? complexidade de programar para este tipo de rede, ? necess?rio que os desenvolvedores conhe?am especificidades das plataformas de sensores dispon?veis, aumentando a curva de aprendizado para o desenvolvimento de aplica??es. Neste trabalho, ? proposta uma abordagem de Desenvolvimento Dirigido a Modelos, mais especificamente, baseada em Arquitetura Dirigida a Modelos (MDA, do ingl?s Model-Driven Architecture), para o desenvolvimento de aplica??es para RSASF chamada de ArchWiSeN. Essa abordagem visa facilitar a tarefa dos desenvolvedores, atrav?s de: (i) uma linguagem espec?fica de dom?nio para RSASF; (ii) um processo para o desenvolvimento de aplica??es para RSASF; e (iii) uma infraestrutura de software composta de artefatos MDA (PIM, PSM e transforma??es) para dar suporte a este processo. A ArchWiSeN permite a contribui??o direta dos especialistas de dom?nio no desenvolvimento de aplica??es para RSASF, sem a necessidade de conhecimento espec?fico de programa??o nessas redes, e, ao mesmo tempo, permite que especialistas em redes foquem nas caracter?sticas da sua ?rea de especialidade sem a necessidade de conhecimento do dom?nio da aplica??o. Al?m disso, a ArchWiSeN tem como objetivo permitir que os desenvolvedores possam expressar e validar, em tempo de projeto, os requisitos funcionais e n?o funcionais (requisitos de desempenho) de suas aplica??es, incorporar servi?os oferecidos por plataformas de middleware para RSASF e promover o re?so dos artefatos de software desenvolvidos. Dessa forma, prop?e-se nesta Tese uma abordagem que compreende todas as etapas de desenvolvimento para RSASF nos cen?rios atuais e emergentes atrav?s de uma infraestrutura MDA. Por fim, foram realizadas avalia??es atrav?s de: (i) uma prova de conceito, composta de tr?s cen?rios distintos, realizada atrav?s da infraestrutura MDA e do processo de engenharia de aplica??o; (ii) execu??o de um experimento controlado para comparar a ArchWiSeN com os m?todos tradicionais para o desenvolvimento de aplica??es para RSASF; (iii) an?lise do suporte a servi?os de middleware para garantir que aplica??es para RSASF que utilizam tais servi?os possam atingir os seus requisitos atrav?s do uso das plataformas de middleware suportadas na ArchWiSeN; e (iv) an?lise sistem?tica da ArchWiSeN em termos de caracter?sticas desejadas para uma ferramenta MDA al?m da compara??o com outras ferramentas MDA para RSASF existentes. / Wireless Sensor and Actuator Networks (WSAN) are a key component in Ubiquitous Computing Systems and have many applications in different knowledge domains. Programming for such networks is very hard and requires developers to know the available sensor platforms specificities, increasing the learning curve for developing WSAN applications. In this work, an MDA (Model-Driven Architecture) approach for WSAN applications development called ArchWiSeN is proposed. The goal of such approach is to facilitate the development task by providing: (i) A WSAN domain-specific language, (ii) a methodology for WSAN application development; and (iii) an MDA infrastructure composed of several software artifacts (PIM, PSMs and transformations). ArchWiSeN allows the direct contribution of domain experts in the WSAN application development without the need of specialized knowledge on WSAN platforms and, at the same time, allows network experts to manage the application requirements without the need for specific knowledge of the application domain. Furthermore, this approach also aims to enable developers to express and validate functional and non-functional requirements of the application, incorporate services offered by WSAN middleware platforms and promote reuse of the developed software artifacts. In this sense, this Thesis proposes an approach that includes all WSAN development stages for current and emerging scenarios through the proposed MDA infrastructure. An evaluation of the proposal was performed by: (i) a proof of concept encompassing three different scenarios performed with the usage of the MDA infrastructure to describe the WSAN development process using the application engineering process, (ii) a controlled experiment to assess the use of the proposed approach compared to traditional method of WSAN application development, (iii) the analysis of ArchWiSeN support of middleware services to ensure that WSAN applications using such services can achieve their requirements ; and (iv) systematic analysis of ArchWiSeN in terms of desired characteristics for MDA tool when compared with other existing MDA tools for WSAN.

A sensibilidade eletromecânica dos transdutores de eletretos poliméricos resulta em muitas aplicações na engenharia, que motivaram a produção industrial de um filme não homogêneo e eletricamente carregado, denominado filme eletromecânico ou EMFi (ElectroMechanical Film). Um dispositivo alternativo a este EMFi, produzido em nosso laboratório, foi o resultado de uma bolha de ar homogênea termoformada, unida por dois filmes de teflon FEP. Este dispositivo possui uma estrutura similar ao EMFi, mas permite cavidades homogêneas a serem predefinidas e distribuídas no momento em que o dispositivo é produzido, diferindo das células no EMFi com tamanhos diversos e dispersas no interior do filme industrial. A possibilidade de controlar a geometria das bolhas de ar tornou possível o desenvolvimento de um modelo, empregado como uma ferramenta de projeto. A resposta eletromecânica deste transdutor foi modelada e então apresentada neste trabalho. Este modelo analítico avalia o desempenho destes transdutores com somente uma bolha termoformada, para efeitos de simplificação, baseado em capacitores em série, em função da deformação mecânica e da carga elétrica retida no polímero. São representados dinamicamente com parâmetros elétricos e mecânicos, definidos à medida que operam como sensores ou atuadores, com respeito ao limites impostos pela aplicação especificada. O gráfico da resposta em freqüência mostra a freqüência de ressonância e a largura da faixa para meia-amplitude que determina o coeficiente de amortecimento que não pode ser obtido diretamente do modelo analítico. Este gráfico também permite comparar a freqüência natural obtida graficamente com aquela calculada pelo modelo, tornando mais confiável o modelo desenvolvido para o transdutor. Finalmente, melhorias na instrumentação e em condições mais adequadas para os testes são sugeridas, bem como métodos alternativos para trabalhos futuros. / The electromechanical sensibility of polymeric electrets transducers yields many engineering applications which have motivated industrial production of a non-homogeneous and electrically charged film, the so-called electromechanical film (EMFi). An alternative device for this EMFi that has been produced in our laboratory was a homogeneous thermo-formed air bubbles bonded with two teflon FEP films. This device has a structure similar to the EMFi, but allows the homogeneous voids to be pre-defined and distributed at the moment the device is produced, differing the EMFi voids with diverse sizes and dispersed into the industrial film. The possibility to control the air bubbles geometry makes possible the development of a model to be used as a design tool. The electromechanical response of this transducer has been modeled and is presented in this work. Such analytical model evaluates the transducers performance using just a single thermo-formed bubble for simplification purposes, based on series capacitors, which are function of the mechanical deformation and electrical charge trapped in the polymer. They are represented dynamically, with electrical and mechanical parameters being defined as they work as sensors or actuators, regarding the limits imposed by the specified application. A frequency response plot shows the resonance frequency and the bandwidth for the half amplitude, which determines the damper coefficient that cannot be obtained directly from the analytical model. This plot also allows comparison of the natural frequency obtained graphically with the calculated one using the model, making more reliable the transducer model developed. Finally, instrumentation improvements and more suitable test conditions are suggested, as well as alternative methods for future works.

Estruturas flexíveis estão sujeitas a excitações desconhecidas que podem causar danos. Um dos possíveis artifícios para lidar com este problema é a teoria de controle de sistemas dinâmicos. Em particular, uma técnica que suscita o interessa para aplicação nesta classe de sistemas é o controle ótimo, devido às suas boas propriedades de resposta e factibilidade, podendo ser aplicado até através de circuitos analógicos. O contratempo desta técnica é a necessidade de um número de sensores igual ao número de estados do sistema, o que para estruturas é inviável. Como uma alternativa, pode se empregar os procedimentos usuais de restrição de realimentação do sinal medido. No entanto, estes casos não consideram o projeto das matrizes de saída e entrada, fator determinante para o controle de vibrações em estruturas. O objetivo deste trabalho é preencher esta lacuna. Inicialmente, são introduzidos alguns conceitos das teorias de controle ótimo, dinâmica estrutural e sobre métodos de discretização em séries. Em seguida, determinam-se as condições necessárias de otimalidade considerando como variáveis de otimização o ganho e as posições dos sensores e atuadores. Determinadas as condições, investigam-se os principais desafios para solução destas equações, dados pela existência de parâmetros que estabilizem o sistema e a dependência do ponto ótimo em relação à condição inicial do sistema. O primeiro é resolvido a partir da especificação do sistema linear para uma forma modal e utilizando funções de controle de Lyapunov, o que adicionalmente proporciona o resultado de que o controle colocalizado é um controle ótimo. Para o segundo são propostas duas soluções, sendo uma utilizada para determinar as posições dos atuadores para projetar um controle LQR com desempenho satisfatório, e a outra para determinar os ganhos e posições dos sensores de modo a obter um controle com realimentação de saída com desempenho próximo ao LQR projetado. Os resultados obtidos a partir da aplicação da metodologia desenvolvida em exemplos da dinâmica estrutural revelaram um desempenho notável. Mesmo para uma razão pequena entre o número de sensores pelo número de estados obteve-se um desempenho equivalente ao LQR, exibindo também propriedades robustez consideráveis em relação às variáveis de otimização. Conclui-se que a metodologia desenvolvida é uma boa alternativa para as técnicas de controle LQR e LQG. / Flexible structures are subject to unknown excitations that may cause damage. One of the possible artifices to deal with this problem is the control theory of dynamical systems. In particular, a technique that raises the interest for application in this class of systems is the optimal control, due to its good properties of response and feasibility, as it can be applied even through analog circuits. A drawback of this technique is the need for a number of sensors equal to the number of states, which for structures is impracticable. As an alternative, the usual procedures of using only measured signals for feedback can be employed. However, these cases do not consider the design of the input and output matrices, a determining factor for vibration control in structures. The purpose of this paper is to fill this gap. Initially, some concepts of the theories of optimal control, structural dynamics and series discretization methods are introduced. Then, the optimality conditions are determined considering the gain and locations of sensors and actuators as the optimization variables. Given these conditions, we investigate the main challenges to solve these equations, given by the existence of parameters that stabilize the system and the dependence of the optimum point in relation to the initial condition of the system. The first one is solved from the specification of the linear system to a modal form and using Lyapunov control functions, which additionally provides the result that the collocated control is an optimal control. For the second two solutions are proposed, one being used to determine the positions of the actuators to design a LQR control with satisfactory performance, and the other to determine the gains and positions of the sensors in order to obtain an output feedback control with close performance to the designed LQR. The results obtained from the application of the methodology developed in structural dynamics examples revealed a remarkable performance. Even for a small ratio between the number of sensors by the number of states a performance equivalent to the LQR was obtained, also exhibiting considerable robustness properties in relation to the optimization variables. It is concluded that the developed methodology is a good alternative for LQR and LQG control techniques.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Wireless sensor and actuator networks are expected to grow quickly in size due to the decreasing cost of nodes. For such large scale networks, the geographic routing algorithm is a suitable approach. It finds a route for the packet based on the positions of the nodes. However, it often finds longer routes than the shortest possible ones, increasing the probability of packet loss. Moreover, the low cost wireless devices usually operate in the unlicensed bands, which is a crowded portion of the spectrum where several networks may be operating. Furthermore, the expected increase in the network density will also increase the competition for the wireless channel. Thus, intra and inter-network interferences play a major role in the reliability of the communication. In order to increase it, communication over multiple channels can be used. It exploits the capability of the radios that equip the nodes to be tuned over different frequencies. However, the number of available channels is limited in practice. Therefore, an allocation protocol must employ the channels eficiently. However, it was shown that to find an optimal allocation is NP-hard. Thus, one can use game theory to design a protocol that sub-optimally assigns channels in a distributed way. Game theory allows to model the problem as a game, where nodes are players and channels are their actions. According to the actions played, every node receives a payoff. The task of the protocol designer is to assign to every player a payoff function and a learning algorithm. This algorithm allows a player to play accordingly its observations of the game in order to maximize its payoff. If the designed game is potential, the algorithm can be used such that repeated playing converge to a steady state, known as Nash Equilibrium (NE). In a NE, no player can be better of by switching its current action and its received payoff can be bounded by a constant factor of the optimal payoff. By following such approach, a protocol called GBCA has been proposed, which allocates channels by exploiting topology and routing information. However, GBCA was designed for networks where routes are known in advance and static during a relatively long time. Geographic routing, by the other hand, finds the route for every packet on-demand. Therefore, in order to apply GBCA in networks that use geographic routing, this thesis proposes suitable modifications to the payoff functions. Using this modified protocol, which is called GBCA-G, it is shown, by simulations, the improvement of the network perfomance according to the metrics of delivery ratio, average delay and average number of trials per successfull transmission. / Espera-se que as redes de sensores e atuadores sem fio cresçam rapidamente em tamanho devido à contínua redução de custo dos dispositivos. Para tais redes de larga escala, os algoritmos de roteamento geográfico são adequados. Estes encontram a rota com base nas posições dos nós. Contudo, geralmente as rotas encontradas são mais longas do que as rotas possíveis, aumentando a probabilidade de perda do pacote. Ademais, os dispositivos sem fio de baixo custo operam nas faixas livres do espectro e estão sujeitos a interferências causadas por outras redes que operam nessas mesmas faixas. Ainda, com o aumento da densidade da rede, aumenta também a competição pelo canal. Portanto, tanto interferências internas quanto externas prejudicam a confiabilidade da comunicacão. Para aumentá-la pode-se utilizar múltiplos canais, uma vez que os rádios que equipam os nós podem ser sintonizados em diferentes frequências. Contudo, o número de canais disponíveis é limitado, tornando imperativo um protocolo de alocação eficiente. Porém foi demonstrado que encontrar uma solução ótima é inviável. Por isso, a Teoria dos Jogos pode ser empregada para se encontrar alocações sub-ótimas de forma distribuída. A Teoria dos Jogos permite modelar o problema como um jogo, onde os nós são os jogadores; os canais, suas ações; e conforme suas escolhas, cada não recebe uma recompensa. Um projetista deve definir as funções de recompensa e um algoritmo de aprendizado, que permite ao jogador determinar a ação que maximiza sua recompensa através da observação do jogo. Se o jogo for potencial, o algoritmo pode levá-lo a um equilíbrio, conhecido por Equilíbrio de Nash (NE), após repetidas rodadas. Em um NE, todo jogador estão satisfeito e sua recompensa pode ser limitada por uma constante multiplicativa da máxima recompensa possível. Seguindo esta abordagem, um protocolo denominado GBCA foi proposto na literatura, o qual aloca canais com base na topologia da rede e nas rotas utilizadas. Contudo, o GBCA necessita conhecer as rotas antecipadamente e estas devem ser estáticas. Por outro lado, algoritmos geográficos determinam a rota sob demanda para cada pacote. Portanto, para tornar o GBCA adequado para redes com roteamento geográfico, propõe-se, nesta Tese, modificações ao GBCA. Utilizando-se o protocolo proposto, denominado GBCA-G, demonstra-se, por simulação, que é possível obter resultados melhores quanto à taxa de entrega de pacotes, ao atraso médio de entrega e ao número médio de transmissões efetuadas por transmissão bem-sucedida.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LeonardoRSC_DISSERT.pdf: 726277 bytes, checksum: d47bf4e8090a3b1fadc03b4c34ebecda (MD5) Previous issue date: 2011-12-19 / The use of wireless sensor and actuator networks in industry has been increasing past few years, bringing multiple benefits compared to wired systems, like network flexibility and manageability. Such networks consists of a possibly large number of small and autonomous sensor and actuator devices with wireless communication capabilities. The data collected by sensors are sent directly or through intermediary nodes along the network to a base station called sink node. The data routing in this environment is an essential matter since it is strictly bounded to the energy efficiency, thus the network lifetime. This work investigates the application of a routing technique based on Reinforcement Learning s Q-Learning algorithm to a wireless sensor network by using an NS-2 simulated environment. Several metrics like energy consumption, data packet delivery rates and delays are used to validate de proposal comparing it with another solutions existing in the literature / A utiliza??o das redes de sensores e atuadores sem fio nas plantas das ind?strias vem crescendo nos ?ltimos anos, trazendo v?rios benef?cios em rela??o aos sistemas cabeados, como flexibilidade na instala??o e manuten??o da rede. Tais redes consistem basicamente de um n?mero possivelmente grande de dispositivos sensores e atuadores pequenos e aut?nomos que possuem capacidade de comunica??o sem fio. Os dados coletados pelos sensores s?o enviados seja diretamente ou passando atrav?s de n?s intermedi?rios pela rede at? uma esta??o-base conhecida como n? sink. O roteamento nesse ambiente ? uma quest?o essencial j? que est? intimamente ligado ? efici?ncia energ?tica e consequentemente ao tempo de vida da rede. Este trabalho investiga a aplica??o de uma t?cnica de roteamento baseado no algoritmo Q-Learning de Aprendizagem por Refor?o a uma rede de sensores sem fio atrav?s de simula??es no ambiente NS-2. Diversas m?tricas como consumo de energia, taxa de pacotes entregues com sucesso e atrasos s?o utilizadas para validar a proposta comparando-a com outras solu??es existentes na literatura

Estruturas flexíveis estão sujeitas a excitações desconhecidas que podem causar danos. Um dos possíveis artifícios para lidar com este problema é a teoria de controle de sistemas dinâmicos. Em particular, uma técnica que suscita o interessa para aplicação nesta classe de sistemas é o controle ótimo, devido às suas boas propriedades de resposta e factibilidade, podendo ser aplicado até através de circuitos analógicos. O contratempo desta técnica é a necessidade de um número de sensores igual ao número de estados do sistema, o que para estruturas é inviável. Como uma alternativa, pode se empregar os procedimentos usuais de restrição de realimentação do sinal medido. No entanto, estes casos não consideram o projeto das matrizes de saída e entrada, fator determinante para o controle de vibrações em estruturas. O objetivo deste trabalho é preencher esta lacuna. Inicialmente, são introduzidos alguns conceitos das teorias de controle ótimo, dinâmica estrutural e sobre métodos de discretização em séries. Em seguida, determinam-se as condições necessárias de otimalidade considerando como variáveis de otimização o ganho e as posições dos sensores e atuadores. Determinadas as condições, investigam-se os principais desafios para solução destas equações, dados pela existência de parâmetros que estabilizem o sistema e a dependência do ponto ótimo em relação à condição inicial do sistema. O primeiro é resolvido a partir da especificação do sistema linear para uma forma modal e utilizando funções de controle de Lyapunov, o que adicionalmente proporciona o resultado de que o controle colocalizado é um controle ótimo. Para o segundo são propostas duas soluções, sendo uma utilizada para determinar as posições dos atuadores para projetar um controle LQR com desempenho satisfatório, e a outra para determinar os ganhos e posições dos sensores de modo a obter um controle com realimentação de saída com desempenho próximo ao LQR projetado. Os resultados obtidos a partir da aplicação da metodologia desenvolvida em exemplos da dinâmica estrutural revelaram um desempenho notável. Mesmo para uma razão pequena entre o número de sensores pelo número de estados obteve-se um desempenho equivalente ao LQR, exibindo também propriedades robustez consideráveis em relação às variáveis de otimização. Conclui-se que a metodologia desenvolvida é uma boa alternativa para as técnicas de controle LQR e LQG. / Flexible structures are subject to unknown excitations that may cause damage. One of the possible artifices to deal with this problem is the control theory of dynamical systems. In particular, a technique that raises the interest for application in this class of systems is the optimal control, due to its good properties of response and feasibility, as it can be applied even through analog circuits. A drawback of this technique is the need for a number of sensors equal to the number of states, which for structures is impracticable. As an alternative, the usual procedures of using only measured signals for feedback can be employed. However, these cases do not consider the design of the input and output matrices, a determining factor for vibration control in structures. The purpose of this paper is to fill this gap. Initially, some concepts of the theories of optimal control, structural dynamics and series discretization methods are introduced. Then, the optimality conditions are determined considering the gain and locations of sensors and actuators as the optimization variables. Given these conditions, we investigate the main challenges to solve these equations, given by the existence of parameters that stabilize the system and the dependence of the optimum point in relation to the initial condition of the system. The first one is solved from the specification of the linear system to a modal form and using Lyapunov control functions, which additionally provides the result that the collocated control is an optimal control. For the second two solutions are proposed, one being used to determine the positions of the actuators to design a LQR control with satisfactory performance, and the other to determine the gains and positions of the sensors in order to obtain an output feedback control with close performance to the designed LQR. The results obtained from the application of the methodology developed in structural dynamics examples revealed a remarkable performance. Even for a small ratio between the number of sensors by the number of states a performance equivalent to the LQR was obtained, also exhibiting considerable robustness properties in relation to the optimization variables. It is concluded that the developed methodology is a good alternative for LQR and LQG control techniques.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um método para garantir a proteção dos dados contra falhas de comunicação, em redes de sensores inteligentes sem fios. A rede sem fios foi empregada nos ensaios de modelos físicos reduzidos em centrífuga para estudar o comportamento das âncoras \"tartaruga\", utilizadas nas linhas de ancoragem de sistemas oceânicos para produção de óleo e gás em águas profundas. O emprego da tecnologia de redes de sensores sem fios tem aumentado em muitas áreas da sociedade, principalmente na engenharia. Dessa forma, muitos problemas estão sendo enfrentados e estudados pelos pesquisadores. Sobretudo no que diz respeito à interferência ambiental, relação de potência e alcance, integridade da informação, miniaturização dos dispositivos, autonomia de energia, limitação de algoritmos e vida útil. A inserção da tecnologia de redes de sensores inteligentes sem fios nos ensaios de modelos físicos reduzidos em centrífuga, além de ser inédita no Brasil, permitirá avanços significativos na determinação de parâmetros que, atualmente, são de difícil obtenção com tecnologias convencionais como os sistemas de aquisição de dados e controle que utilizam cabos e fios. Muitas vezes depara-se com a inconveniência do peso dos cabos e dificuldades de instalação dos dispositivos nos modelos, pela sua pouca portabilidade. / This work present a method development to guarantee of the integrity data in the wireless smart sensor networks, employed in centrifuge physical modeling tests of anchors used as fixing devices of deep water production oil and gas systems. The use of wireless smart sensor networks technology has been increasing in many engineering areas. In spite of this evidence, lots of problems are being faced and studied by the researchers, environmental interference, power and reach relations, integrity of the information, miniaturization of the devices, energy autonomy, algorithms and useful life. The use of the wireless smart sensor networks technology in the reduced physical models test in centrifuge, by first time in Brazil, will allow significant advances in the parameters determination. The conventional instrumentation presents inconvenience of the weight cables and difficulties of the devices in the models by limited portability.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:48:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PriscillaVD_DISSERT.pdf: 2033070 bytes, checksum: 27c8a6f6a0e802c19b0f74553cc6db23 (MD5) Previous issue date: 2012-09-28 / The field of Wireless Sensor and Actuator Networks (WSAN) is fast increasing and has attracted the interest of both the research community and the industry because of several factors, such as the applicability of such networks in different application domains (aviation, civil engineering, medicine, and others). Moreover, advances in wireless communication and the reduction of hardware components size also contributed for a fast spread of these networks. However, there are still several challenges and open issues that need to be tackled in order to achieve the full potential of WSAN usage. The development of WSAN systems is one of the most relevant of these challenges considering the number of variables involved in this process. Currently, a broad range of WSAN platforms and low level programming languages are available to build WSAN systems. Thus, developers need to deal with details of different sensor platforms and low-level programming abstractions of sensor operational systems on one hand, and they also need to have specific (high level) knowledge about the distinct application domains, on the other hand. Therefore, in order to decouple the handling of these two different levels of knowledge, making easier the development process of WSAN systems, we propose LWiSSy (Domain Language for Wireless Sensor and Actuator Networks Systems), a domain specific language (DSL) for WSAN. The use of DSLs raises the abstraction level during the programming of systems and modularizes the system building in several steps. Thus, LWiSSy allows the domain experts to directly contribute in the development of WSANs without having knowledge on low level sensor platforms, and network experts to program sensor nodes to meet application requirements without having specific knowledge on the application domain. Additionally, LWiSSy enables the system decomposition in different levels of abstraction according to structural and behavioral features and granularities (network, node group and single node level programming) / As Redes de Sensores e Atuadores Sem Fio (RSASF) v?m emergindo rapidamente e t?m atra?do o interesse da comunidade de pesquisa e da ind?stria, gra?as a v?rios fatores, dentre eles a aplicabilidade desse tipo de rede nos mais diversos dom?nios de aplica??es (avia??o, engenharia civil, medicina, dentre outros). Al?m disso, avan?os na comunica??o sem fio e miniaturiza??o dos componentes de hardware tamb?m contribu?ram para a r?pida prolifera??o dessas redes. Apesar disso, ainda existem alguns desafios a serem transpostos a fim de se atingir o pleno potencial de utiliza??o das RSASF. Dentre estes, o desenvolvimento de sistemas de RSASF aparece como um dos mais relevantes atualmente, haja vista a quantidade de vari?veis envolvidas no processo de desenvolvimento. Atualmente, uma vasta gama de plataformas de RSASF e diversas linguagens de programa??o de baixo n?vel podem ser empregadas no desenvolvimento desses sistemas. Dessa forma, ? necess?rio que o desenvolvedor possua tanto conhecimento de baixo n?vel relativo ? plataforma da RSASF, quanto conhecimento espec?fico do dom?nio de cada uma das aplica??es presentes no sistema. A fim de efetuar o desacoplamento da utiliza??o destes conhecimentos durante o processo de desenvolvimento, de forma a facilitar tal processo, este trabalho prop?e LWiSSy (Domain Language for Wireless Sensor and Actuator Networks Systems), uma linguagem para modelagem de sistemas para RSASF baseada no uso de DSLs (Domain Specific Language). As DSLs, pelo fato de aumentarem o n?vel de abstra??o da programa??o e modularizarem a constru??o de sistemas em v?rias etapas, permitir?o que ambos os especialistas envolvidos (dom?nio e redes) possam contribuir diretamente durante o desenvolvimento do sistema e de maneira mais desacoplada do que ocorre atualmente. Al?m dos benef?cios supracitados, LWiSSy possibilitar? ainda a decomposi??o do sistema em diferentes n?veis de abstra??o, haja vista a necessidade de representar diferentes caracter?sticas (estrutural e comportamental) e granulosidades (programa??o em n?vel de rede, em n?vel de grupos de n?s e em n?vel de n?) em um ?nico sistema

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-09-21Bitstream added on 2014-06-13T19:35:08Z : No. of bitstreams: 1 marqui_cr_me_ilha.pdf: 2038827 bytes, checksum: 471f672b818089216b3b9afc3b90a230 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de técnicas para o monitoramento da integridade estrutural em sistemas inteligentes com sensores e atuadores piezelétricos acoplados. Os índices de sensibilidade estudados e utilizados no monitoramento da estrutura são: índice de falha métrica, calculado diretamente do sinal de impedância elétrica dos sensores/atuadores piezelétricos; índices do sensor, calculados com as normas de sistemas ou com as matrizes grammiana de observabilidade e os índices de entrada, calculados com as matrizes grammianas de controlabilidade. Tais índices são utilizados para detectar e localizar as falhas em aplicações numéricas e experimentais. As normas de sistemas e as matrizes grammianas de controlabilidade e observabilidade são obtidas através de um modelo numérico, como por exemplo, Método dos Elementos Finitos; ou um modelo identificado experimentalmente, via o método de realização para autossistemas, mais conhecido como ERA (Eigensytem Realization Algorithm). Em uma segunda etapa do procedimento proposto, as falhas são quantificadas utilizando Redes Neurais Artificiais, que foram treinadas com as normas de sistemas e com as matrizes grammianas. / This work presents the study and development of Structural Health Monitoring techniques for application in intelligent systems with coupled piezoelectric sensors and actuators. The indices of sensitivity for structural monitoring are based on: root-means-square deviation index, directly calculated from electric impedance signal of the piezoelectric sensors/actuators; sensor indices, calculated from system norms or observability grammian matrix, and input index, calculated from controllability grammian matrix. Such indices are used for damage detection and location in numerical and experimental applications. System norms, controllability and observability grammian matrices are obtained through numerical model, as for instance, Finite Element Method; or by experimental identification technique, via Eigensytem Realization Algorithm (ERA). In the second stage of the proposed procedure, damages were quantified using Artificial Neural Networks, that were trained with systems norms and grammian matrices.