A análise de possíveis impactos das mudanças climáticas em escala regional requer dados de previsão em escala compatível. A escala dos Modelos Climáticos Globais, cuja ordem de resolução horizontal é de 100 km, é inadequada para avaliar mudanças no clima em uma bacia hidrográfica de 420 km2, por exemplo, que é a área da bacia objeto desse estudo. Em tais casos, usam-se os Modelos Climáticos Regionais (MCR) que são produtos da regionalização dos Modelos Climáticos Globais e mostram, com frequência, erros sistemáticos. Esses erros podem ser reduzidos com técnicas de correção do viés. No presente trabalho, foram aplicados aos dados de previsão de precipitação do MCR Eta as técnicas de correção por transformação de potência e por ajuste à distribuição gama. Nesse último método, o número de valores nulos, referente aos dias secos, não foi tomado como um parâmetro fixo. Uma nova metodologia para tratamento dos valores nulos foi proposta e aplicada, sendo que dois casos foram considerados, no primeiro caso, os valores nulos das simulações excediam os valores nulos das observações, no segundo caso ocorria o contrário. Os resultados foram comparados com o teste de Kolmogorov-Smirnov e com a soma das diferenças entre as curvas de distribuição acumuladas. Ambos os métodos de correção foram efetivos na redução de erros e consequentemente no ganho de confiabilidade das previsões. No entanto, o método de correção por ajuste à distribuição gama obteve os melhores resultados no período de validação (1981 a 1990), particularmente na redução dos erros correspondentes à quantidade de dias secos. Aplicando os parâmetros ajustados com todo o período de controle (1961 a 1990) aos dados das previsões climáticas até 2100 pôde-se observar que as previsões mostram-se bastante conservadoras no montante de precipitação comparando-se com o período de base.

A vigilância de uma área marítima é realizada utilizando vários sensores, cujos dados são fusionados a fim de obtermos uma melhor consciência situacional e detectarmos anomalias marítimas. Dados de anomalias marítimas podem ser escassos, fato que dificulta o estudo dessas anomalias. Uma alternativa adequada para o estudo dessas anomalias é a geração de dados por meio de simulação. Este trabalho tem como objetivo elaborar um modelo semântico capaz de representar e possibilitar inferências sobre embarcações em situações anômalas dentro de um cenário marítimo, a partir de anotações semânticas de trajetórias de embarcações. Para atingir esse objetivo, foi idealizada uma abordagem que envolve a construção de um modelo semântico, a elaboração de consultas e a execução dessas consultas ao modelo. Para testar a utilidade dessa abordagem, foram realizados experimentos utilizando dados sintéticos. Trajetórias podem receber anotações semânticas, de forma a marcar episódios de movimentação e de parada em seus dados espaço-temporais. Isso permite uma representação rica semanticamente para investigar padrões de comportamento de embarcações. Com esta pesquisa, pretende-se contribuir com uma abordagem para facilitar a análise semântica de trajetórias em cenários diversos.

Os quadricópteros, Veículos Aéreos Não-Tripulados-VANTs, têm atraído grande interesse, por ter mecânica simplificada e características especiais de voo, como pouso e decolagem vertical, alta manobrabilidade e voo em baixas velocidades. Devido a estas características são empregados em missões de busca, salvamento e inspeção remota. Em operações autônomas, o sistema de controle deve seguir uma trajetória pré-determinada, para a resolução deste problema, propõe-se neste trabalho a comparação entre duas técnicas Lineares Quadráticas; o Regulador Linear Quadrático-LQR e o Rastreador Linear Quadrático-LQT. Aplicando conceitos de Controle Ótimo, foi possível solucionar as duas técnicas. A função custo de cada técnica a ser minimizada, é quadrática e possui três matrizes de ponderação, as quais foram ajustadas com a finalidade de se obter a resposta ótima. As técnicas foram avaliadas com auxílio da ferramenta computacional Matlab, com a qual foram feitas simulações com diferentes sinais de referência. As simulações mostram que dependendo da trajetória adotada as duas técnicas abordadas podem ser utilizadas, porém o LQT apresenta uma eficácia muito maior em certas trajetórias de referência. Com o aumento do ganho na matriz de ponderação Q é possível reduzir o erro de referência, contudo o esforço de controle será proporcional a este aumento.

Um sistema de controle consiste em subsistemas e processos (ou plantas) reunidos com a finalidade de obter um resultado desejado com o desempenho desejado, tendo um determinado valor de entrada. Quando aplicado em turbinas a gás o sistema de controle deve ser robusto suficiente para considerar a dinâmica transitória da máquina e fazer com que a mesma opere dentro de seus limites e com máximo desempenho possível. A modelagem feita neste trabalho considera modelos de turbina a gás, caldeira de recuperação de calor e turbina a vapor e foram implementados primeiramente de forma isolada e, em seguida, conectados, fazendo sua operação a simulação exata do ciclo combinado. Toda a modelagem foi feita utilizando a ferramenta Simulink do Matlab e seus valores de ajustes, ganhos, limites, etc foram obtidos a partir de uma central térmica em operação. Durante o desenvolvimento deste modelo varias adaptações relativas a particularidades da central térmica foram feitas de forma tal que o modelo represente fidedignamente a condição real de operação. Os resultados gerados pelas modelagens e simulações foram submetidos a uma análise de desempenho comparando-se com dados reais de operação obtidos. Essa análise levou em conta robustez, tempo de resposta, análise transitória, análise estática e confiabilidade do modelo proposto. Com o resultado da análise de desempenho foi possível validar o modelo proposto e sugerir avanços futuros para continuação deste trabalho.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um modelo computacional aplicado na quantificação do efeito bystander radioinduzido no qual células não irradiadas sofrem danos provocados por algum tipo ainda não totalmente esclarecido de sinalização que células diretamente atravessadas por radiação emitem no meio no qual elas se encontram. No modelo proposto, uma dada célula pode se encontrar em três estados: saudável (S), danificada não emissora de sinais (D) e danificada emissora de sinais (F). As transições podem ocorrer entre os estados S e D, S e F e D, F para S. Os sinais se propagam pelo meio através da equação de difusão discreta com decaimento em duas dimensões. Análises temporais estocásticas e determinísticas foram concordantes qualitativamente. O modelo foi aplicado a um cenário experimental no qual a fração de células sobreviventes decresce com a dose usando a hipótese que uma dada célula irradiada libera uma concentração de sinais dependente da dose para um dado intervalo. Os resultados simulacionais apresentaram boa concordância quantitativa com os resultados experimentais. / This work presents a computational model to quantify the radiation-induced bystander effect in which non-irradiated cells suffer damage caused by some kind of still unknown signals emitted by neighboring cells that were directly traversed by radiation. In the model, a given cell can be found in three states: healthy (S), damaged and not signal emitter (D) damaged and signal emitter (F). Transitions can occur between the states S and D, S and F and D, F to S. Signals propagate through the medium according to the discrete diffusion equation with decay in two dimensions. Temporal stochastic and deterministic analyzes were qualitatively consistent. The model was applied to an experimental scenario where the cells surviving fraction decreases with the dose using the hypothesis that a given irradiated cell releases a dose dependent signal concentration for a given interval of dose. The simulations show good quantitative agreement with the experimental results.

A utilização de controladores preditivos já está de certa forma consolidada na indústria de processos, porém é aplicada, geralmente, a plantas cuja dinâmica é lenta e estável em malha aberta. A proposta deste trabalho é implementar um algoritmo que realize o controle preditivo de um sistema não-linear, instável em malha aberta e com dinâmica relativamente rápida, e que possua técnicas para correção de erro em regime, rejeição de perturbações, tratamento de restrições de entrada e saída, e seguimento de referência. Como sistema-exemplo, empregou-se um processo de levitação magnética construído pela Feedback Instruments. Para possibilitar a utilização de técnicas bem estabelecidas de controle preditivo baseadas em modelos lineares, a estratégia adotada usa versões linearizadas do modelo do levitador. A linearização é refeita a cada período de amostragem, de forma a manter o mais próximo possível o comportamento da planta e do modelo. O algoritmo de controle foi executado no computador mestre de uma topologia mestre-escravo implementada com a ferramenta xPC Target do aplicativo Matlab. Os computadores se comunicam através da interface serial RS-232, e é no computador escrvo, que é inicializado com o kernel xPC Target, que está instalada uma placa de conversão analógica-digital a qual realiza a interface entre o algoritmo e o sistema físico. As simulações computacionais são resolvidas utilizando-se um algoritmo de programação quadrática, acionado pelo comando "quadprog" do matlab. Os teste experimentais também são resolvidos através de uma lei de controle obtida a partir dos conceitos de controle preditivo, porém não levam em consideração as restrições do sistema físico, ou seja as simulações levam em consideração o tratamento de restrições, porém no caso experimental a lei de controle é obtida a partir do caso irrestrito. Ao longo do trabalho são observados, analisados e discutidos resultados obtidos inicialmente por meio de simulação computacional, em seguida através da utilização de um computador analógico e por fim através da implementação do controle junto ao sistema físico. Em todos os casos foi possível não só estabilizar a saída do sistema, como também fazê-la seguir uma determinada trajetória de referência.

Normalmente, quando um avião é certificado para condições de "ditching" segundo o FAR25, ou é feito um teste com modelo em escala ou é usado dados de um outro avião similar já certificado para mostrar o atendimento aos requisitos. Às vezes, não há dado disponível para provar por similaridade e, portanto, o teste com modelo em escala se faz necessário, mas é bem conhecido que um teste de "ditching" custa tempo e dinheiro. Então, para evitar ou minimizar estes custos, decidiu-se por utilizar um programa de fluido-estrutura (Dytran) para simular um avião em condições de "ditching". Baseado em experiência anterior, o primeiro resultado da simulação estava coerente uma vez que o avião apresentou o comportamento de levantar o nariz. Porém as acelerações e a distribuição de pressão não estavam totalmente usáveis devido a um certo ruído numérico nos resultados. Como os resultados puros no CG - deslocamentos e rotações - estavam consistentes, foi aplicado o método de mínimos quadrados com restrições para encontrar as novas velocidades e acelerações suavizadas e, conseqüentemente, as forças e os momentos de contato teóricos no CG. Depois, foi elaborado um procedimento usando técnicas de suavização para tratar a distribuição de pressão original para todos os painéis do avião de tal forma que os esforços de contato resultantes fossem iguais aos teóricos. Finalmente, com os resultados filtrados, foram obtidos diagramas de esforços mais realísticos para alguns componentes do avião (fuselagem, asa e motor) e, assim, eles puderam ser comparados com os seus envelopes de carga final. Desta forma, será possível prever a seqüência de eventos, ou seja, qual componente vai quebrar primeiro ou ainda, com análises adicionais, será possível estabelecer a melhor combinação entre velocidade e ângulo de ataque para um procedimento de "ditching" mais seguro.

Neste trabalho discute-se o problema de modelagem dinâmica não-linear e o controle de turbinas a gás. O processo de modelagem leva em consideração as peculiaridades dos componentes básicos deste tipo de motor: compressor, câmara de combustão e turbina. Cada subsistema é estudado e depois integrado para compor um modelo não-linear de uma turbina a gás. O objetivo do sistema de controle projetado é regular a rotação do eixo, após solicitação de carga ao sistema, respeitando limites de esforço de controle e temperatura de operação da turbina. O modelo do compressor é baseado no trabalho de Gravdahl e Egeland e, basicamente, refere-se ao modelo de Moore-Greitzer para sistemas de compressão axiais, considerando a dinâmica de eixo nas equações. O modelo termodinâmico de câmara de combustão incorpora as equações de balanço de energia e de massa, utilizando o metano (CH4) como combustível. O modelo de turbina representa apenas a transformação da temperatura e vazão mássica do fluido de trabalho, em potência transmitida ao eixo. A função do controlador é regular a velocidade de rotação, sujeita a uma perturbação de carga, e, simultaneamente, respeitar a capacidade dos atuadores e os limites físicos construtivos do motor, evitando danos permanentes. Para isto são avaliadas diferentes estratégias de controle. A primeira diz respeito à injeção de combustível na câmara de combustão como variável de controle, a segunda usa injeção de ar com temperatura controlada e a terceira discute o problema multivariável e incorpora, à injeção de combustível, o controle do IGV (inlet guide vanes) que se refere à variação de geometria do compressor permitindo, assim, melhor regulação. Os parâmetros do controlador, para tanto, são ajustados por meio de técnicas de otimização não lineares (Nelder-Mead). Para permitir que modificações de parâmetros, estrutura de simulação e técnicas de integração sejam feitas de forma mais rápida e intuitiva, a estrutura modular é implementada em ambiente MATLAB/SIMULINK.

O desenvolvimento de doutrinas de combate em uma Força Aérea é custoso e, muitas vezes, inviável em relação ao orçamento disponível. A quantidade de horas de vôo, necessárias para a análise e avaliação das possibilidades de um novo equipamento, é significantemente aumentada quando a novidade tecnológica é o principal fator a ser considerado. O presente trabalho pretende expor o potencial da utilização de ambientes virtuais distribuídos, para auxiliar o desenvolvimento das táticas e técnicas a serem empregadas nas aeronaves recém adquiridas e em fase de aquisição pela Força Aérea Brasileira.Através de sua utilização, poder-se-á obter diferentes visões do contexto, permitindo a compreensão e consideração de novos métodos de emprego a serem utilizados em missões reais, sem os custos inerentes às horas de vôo, aumentando-se a eficiência da arma aérea.

O objetivo desta dissertação de mestrado é investigar as causas da elevação da temperatura do satélite SCD-1 (Satélite de Coleta de Dados) ao longo dos seus 13 anos em órbita. O SCD-1 é o primeiro satélite projetado e construído no Brasil, lançado com sucesso em 1993, e ainda em operação. O controle térmico foi realizado por meio passivo usando tintas, isolantes térmicos e materiais condutivos, apropriados para manter as temperaturas do satélite em níveis especificados. Um modelo matemático foi desenvolvido para simular o comportamento térmico do SCD-1 em órbita, sendo utilizado como ferramenta de trabalho durante a fase de projeto. As temperaturas em órbita, de trinta componentes do SCD-1, foram monitoradas e registradas no Centro de Controle e Rastreio (São José dos Campos - SP) desde o seu lançamento. Uma análise feita no início da missão mostrou que todas as temperaturas estavam nas faixas previstas pelo modelo e, ao longo destes 13 anos, a bateria, que é o equipamento mais sensível termicamente, apresentou um aumento de temperatura alcançando seu limite máximo aceitável. Desenvolveu-se uma metodologia para investigar as causas deste desvio. Uma rotina de otimização, acoplada ao modelo matemático, foi utilizada para corrigir um conjunto de parâmetros selecionados do modelo de forma a ajustar as temperaturas teóricas às de vôo. Por meio desta metodologia, analisaram-se os dados do SCD-1 no período compreendido entre 1995 e 2005 e conclui-se que a elevação da temperatura foi causada principalmente pelo aumento da dissipação interna de calor da bateria, conseqüência da degradação ao longo de sua vida orbital. Os resultados desta investigação podem ser úteis no desenvolvimento de outros satélites no sentido de alertar quanto as possíveis causas dos desvios de longo prazo e considerá-los nas análises de novos projetos para obtenção de modelos mais precisos.