O projeto VoIPFix surgiu da necessidade de uma ferramenta que complementasse as demais existentes no ramo de análise de redes de computadores para telefonia IP. Ele foi construído para ser uma ferramenta de gerenciamento eficiente e exclusiva para VoIP, com funcionalidades necessárias para dar suporte ao profissional de rede de computadores e telefonia IP a observar e diagnosticar problemas de VoIP. / The VoIPFix project arose from the need for a tool to complement similar tools in the analysis of computer networks for IP telephony. It was built to be an efficient and unique management tool for VoIP, with advanced features required to support the computer network and IP telephony professionals to observe and diagnose problems related to VoIP.

O problema da tolerância a falhas em robôs manipuladores cooperativos conectados rigidamente a um objeto indeformável é estudado nesta tese. A tolerância a falhas é alcançada através de reconfiguração do sistema de controle. Primeiro, a falha é detectada e isolada. Então, o sistema de controle é reconfigurado de acordo com a falha isolada. As falhas em robôs manipuladores são primeiramente estudadas de acordo com suas consequências no sistema cooperativo. Quatro tipos de falhas são identificados: juntas com balanço livre (sem atuadores ativos), bloqueadas, com informação incorreta de posição e com informação incorreta de velocidade. A detecção e a isolação dos dois primeiros tipos de falhas são alcançadas através de um sistema utilizando redes neurais artificiais. Redes do tipo MLP são empregadas para mapear a dinâmica dos robôs cooperativos sem falhas e uma rede RBF é utilizada para a classificação do vetor de resíduos. As falhas do tipo informação incorreta de posição ou velocidade das juntas são detectadas e isoladas através do uso das restrições impostas pela cadeia cinemática fechada presente no sistema cooperativo. Quando falhas do tipo juntas com balanço livre ou bloqueadas são isoladas, as leis de controle são reconfiguradas. Para estes casos, controladores híbridos de movimento e esmagamento do objeto são deduzidos. Quando falhas do tipo informação incorreta de posição ou velocidade das juntas são isoladas, as medidas afetadas são substituídas por valores estimados. Resultados obtidos em simulações e em robôs cooperativos reais mostram que a metodologia proposta é viável. / The problem of fault tolerance in cooperative manipulators rigidly connected to an undeformable load is addressed in this work. Fault tolerance is reached by reconfiguration of the control system. The faults are firstly detected and isolated. Then, the control system is reconfigured according to the isolated fault. Four faults are considered: free-swinging joint faults, locked joint faults, incorrectly measured joint position faults, and incorrectly measured joint velocity faults. Free-swinging and locked joint faults are detected and isolated by artificial neural networks. MLP’s are utilized to reproduce the dynamics of the fault-free system and an RBF is used to classify the residual vector. Incorrectly measured joint position and velocity faults are detected and isolated based on the kinematic constraints imposed on the cooperative system. When free-swinging and locked joint faults are isolated, the control laws are reconfigured. Control laws for motion and squeeze of the object are developed in these cases. When incorrectly measured joint position faults and incorrectly measured joint velocity faults are isolated, the faulty measurements are replaced by their estimates. Results obtained in simulations and in real cooperative robots indicate that the proposed methodology is viable.

O cenário atual do mercado de aviação motiva a busca por novas tecnologias que possibilitem aos operadores a redução nos custos de operação de suas aeronaves. O conceito de monitoramento da saúde e prognóstico de falhas vem ao encontro deste interesse, possibilitando redução de custos de manutenção, além de maximização da vida útil dos equipamentos, aumento da segurança e despachabilidade. O presente trabalho propõe uma metodologia baseada em análise de tendência para a obtenção de uma distribuição de probabilidade associada ao instante predito de ocorrência de falha para um sistema aeronáutico. Essa metodologia consiste na utilização de métodos de Monte Carlo e bootstrap para a obtenção de um intervalo de confiança para o instante de falha, estimado por meio de regressão. A metodologia proposta é testada por meio de séries temporais simuladas com tendências lineares, quadráticas e exponenciais, sendo também avaliada em um estudo de caso envolvendo dados reais.

O problema da tolerância a falhas em robôs manipuladores cooperativos conectados rigidamente a um objeto indeformável é estudado nesta tese. A tolerância a falhas é alcançada através de reconfiguração do sistema de controle. Primeiro, a falha é detectada e isolada. Então, o sistema de controle é reconfigurado de acordo com a falha isolada. As falhas em robôs manipuladores são primeiramente estudadas de acordo com suas consequências no sistema cooperativo. Quatro tipos de falhas são identificados: juntas com balanço livre (sem atuadores ativos), bloqueadas, com informação incorreta de posição e com informação incorreta de velocidade. A detecção e a isolação dos dois primeiros tipos de falhas são alcançadas através de um sistema utilizando redes neurais artificiais. Redes do tipo MLP são empregadas para mapear a dinâmica dos robôs cooperativos sem falhas e uma rede RBF é utilizada para a classificação do vetor de resíduos. As falhas do tipo informação incorreta de posição ou velocidade das juntas são detectadas e isoladas através do uso das restrições impostas pela cadeia cinemática fechada presente no sistema cooperativo. Quando falhas do tipo juntas com balanço livre ou bloqueadas são isoladas, as leis de controle são reconfiguradas. Para estes casos, controladores híbridos de movimento e esmagamento do objeto são deduzidos. Quando falhas do tipo informação incorreta de posição ou velocidade das juntas são isoladas, as medidas afetadas são substituídas por valores estimados. Resultados obtidos em simulações e em robôs cooperativos reais mostram que a metodologia proposta é viável. / The problem of fault tolerance in cooperative manipulators rigidly connected to an undeformable load is addressed in this work. Fault tolerance is reached by reconfiguration of the control system. The faults are firstly detected and isolated. Then, the control system is reconfigured according to the isolated fault. Four faults are considered: free-swinging joint faults, locked joint faults, incorrectly measured joint position faults, and incorrectly measured joint velocity faults. Free-swinging and locked joint faults are detected and isolated by artificial neural networks. MLP’s are utilized to reproduce the dynamics of the fault-free system and an RBF is used to classify the residual vector. Incorrectly measured joint position and velocity faults are detected and isolated based on the kinematic constraints imposed on the cooperative system. When free-swinging and locked joint faults are isolated, the control laws are reconfigured. Control laws for motion and squeeze of the object are developed in these cases. When incorrectly measured joint position faults and incorrectly measured joint velocity faults are isolated, the faulty measurements are replaced by their estimates. Results obtained in simulations and in real cooperative robots indicate that the proposed methodology is viable.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The requirement of increasing the availability of plants is present in the current industrial park. The availability represents the satisfactory operation of a plant even during process failures. A system with these characteristics is defened as a system fault-tolerant. For the implementation of a fault-tolerant system is important to use automatic monitoring techniques capable of providing accurate information on the state of the process and form the basis for the recovery of the diagnosed condition. This structure functions as the main source of information for supervisory systems responsible for corrective actions to accommodate efects caused by failures. In this work, techniques for fault detection and diagnosis based on data from the plant operation and mathematical models of processes are used to monitor the state of industrial processes. The tolerant control techniques proposed in this work is based on the union of dierent strategies for process monitoring, a process and control reconfiguration and control goals adaptation to obtain new control structures. Thus, the proposed system will add features for fault tolerance by coupling fault detection and diagnosis with the structural reconfiguration of the control system. In this context, this work presents a novel fault-tolerant control scheme illustrating their successful application through case studies on PID control, optimal control and predictive control structures. / A exigência do aumento da disponibilidade de plantas industriais é cada vez mais presente no parque industrial atual. A disponibilidade representa a manutenção satisfatória da operação da planta mesmo após o aparecimento de falhas. Um sistema com essas características é definido como um sistema tolerante a falhas. Para a concretização de um sistema tolerante a falhas é importante a implementação de técnicas de monitoramento automático capazes de fornecer informações precisas sobre o estado do processo e formar a base necessária para a recuperação da condição diagnosticada. Essa estrutura de monitoramento funciona como a fonte principal de informações para sistemas de supervisão responsáveis por ações corretivas que acomodem efeitos causados por falhas. Neste trabalho, técnicas de detecção e diagnóstico de falhas baseadas em dados de operação da planta e em modelos matemáticos dos processos s~ao utilizadas para o monitoramento do estado de processos industriais. As técnicas de controle tolerante propostas neste trabalho baseiam-se na união de diferentes estratégias de monitoramento, na reconfiguração do processo ou controladores envolvidos e adaptação dos objetivos de controle para a obtenção de novas estruturas de controle. Assim, o sistema proposto adiciona características de tolerância a falhas através do acoplamento da detecção e diagnóstico de falhas a um sistema de reconfiguração estrutural do sistema de controle. Nesse contexto, este trabalho apresenta propostas de controle tolerante a falhas ilustrando com sucesso a sua aplicação através do estudo de casos em estruturas de controle PID, controle ótimo e controle preditivo. / Mestre em Engenharia Química

Esse trabalho está baseado na investigação dos detectores de falhas aplicando classificadores de classe única. As falhas a serem detectadas são relativas ao estado de funcionamento de cada componente do circuito, especificamente de suas tolerâncias (falha paramétrica). Usando a função de transferência de cada um dos circuitos são gerados e analisados os sinais de saída com os componentes dentro e fora da tolerância. Uma função degrau é aplicada à entrada do circuito, o sinal de saída desse circuito passa por uma função diferenciadora e um filtro. O sinal de saída do filtro passa por um processo de redução de atributos e finalmente, o sinal segue simultaneamente para os classificadores multiclasse e classe única. Na análise são empregados ferramentas de reconhecimento de padrões e de classificação de classe única. Os classficadores multiclasse são capazes de classificar o sinal de saída do circuito em uma das classes de falha para o qual foram treinados. Eles apresentam um bom desempenho quando as classes de falha não possuem superposição e quando eles não são apresentados a classes de falhas para os quais não foram treinados. Comitê de classificadores de classe única podem classificar o sinal de saída em uma ou mais classes de falha e também podem classificá-lo em nenhuma classe. Eles apresentam desempenho comparável ao classificador multiclasse, mas também são capazes detectar casos de sobreposição de classes de falhas e indicar situações de falhas para os quais não foram treinados (falhas desconhecidas). Os resultados obtidos nesse trabalho mostraram que os classificadores de classe única, além de ser compatível com o desempenho do classificador multiclasse quando não há sobreposição, também detectou todas as sobreposições existentes sugerindo as possíveis falhas. / This work deals with the application of one class classifiers in fault detection. The faults to be detected are related parametric faults. The transfer function of each circuit was generated and the outputs signals with the components in and out of tolerance were analyzed. Pattern recognition and one class classifications tools are employed to perform the analysis. The multiclass classifiers are able to classify the circuit output signal in one of the trained classes. They present a good performance when the fault classes do not overlap or when they are not presented to fault classes that were not presented in the training. The one class classifier committee may classify the output signal in one or more fault classes and may also classify them in none of the trained class faults. They present comparable performance to multiclass classifiers, but also are able to detect overlapping fault classes and show fault situations that were no present in the training (unknown faults).

Orientador: Gilberto Pechoto de Melo / Resumo: No decorrer dos anos, alguns métodos de manutenção têm sido desenvolvidos para evitar que falhas em estruturas e maquinários possam ocorrer e desencadear paradas inesperadas ou desnecessárias. Os observadores de estado podem reconstruir os estados não medidos do sistema, desde que o mesmo seja observável, tornando possível, desta forma, estimar as medidas nos pontos de difícil acesso. A técnica dos observadores de estado consiste em desenvolver um modelo para o sistema em análise e comparar a estimativa da saída com a saída medida, a diferença entre os dois sinais presentes resulta em um resíduo que é utilizado para análise. Neste trabalho foi montado um banco de observadores associado a um modelo de trinca em placa de Kirchhoff de modo a acompanhar o progresso da mesma. Foram analisados quatro sistemas mecânicos contendo placas, sendo estes um sistema computacional de placa sobre elementos de molas e amortecimento, um sistema computacional de placa engastada livre com ausência ou presença de trinca, um sistema experimental de placa engastada livre com ausência ou presença de entalhe e um sistema experimental de placa engastada livre com ausência ou presença de massa extra. Novamente, o banco de observadores é utilizado para detecção da falha na estrutura. Os resultados obtidos através de simulações computacionais em uma viga engastada discretizada pela técnica dos elementos finitos e as análises experimentais realizadas foram bastante satisfatórios, validando a metodologia d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Esse trabalho está baseado na investigação dos detectores de falhas aplicando classificadores de classe única. As falhas a serem detectadas são relativas ao estado de funcionamento de cada componente do circuito, especificamente de suas tolerâncias (falha paramétrica). Usando a função de transferência de cada um dos circuitos são gerados e analisados os sinais de saída com os componentes dentro e fora da tolerância. Uma função degrau é aplicada à entrada do circuito, o sinal de saída desse circuito passa por uma função diferenciadora e um filtro. O sinal de saída do filtro passa por um processo de redução de atributos e finalmente, o sinal segue simultaneamente para os classificadores multiclasse e classe única. Na análise são empregados ferramentas de reconhecimento de padrões e de classificação de classe única. Os classficadores multiclasse são capazes de classificar o sinal de saída do circuito em uma das classes de falha para o qual foram treinados. Eles apresentam um bom desempenho quando as classes de falha não possuem superposição e quando eles não são apresentados a classes de falhas para os quais não foram treinados. Comitê de classificadores de classe única podem classificar o sinal de saída em uma ou mais classes de falha e também podem classificá-lo em nenhuma classe. Eles apresentam desempenho comparável ao classificador multiclasse, mas também são capazes detectar casos de sobreposição de classes de falhas e indicar situações de falhas para os quais não foram treinados (falhas desconhecidas). Os resultados obtidos nesse trabalho mostraram que os classificadores de classe única, além de ser compatível com o desempenho do classificador multiclasse quando não há sobreposição, também detectou todas as sobreposições existentes sugerindo as possíveis falhas. / This work deals with the application of one class classifiers in fault detection. The faults to be detected are related parametric faults. The transfer function of each circuit was generated and the outputs signals with the components in and out of tolerance were analyzed. Pattern recognition and one class classifications tools are employed to perform the analysis. The multiclass classifiers are able to classify the circuit output signal in one of the trained classes. They present a good performance when the fault classes do not overlap or when they are not presented to fault classes that were not presented in the training. The one class classifier committee may classify the output signal in one or more fault classes and may also classify them in none of the trained class faults. They present comparable performance to multiclass classifiers, but also are able to detect overlapping fault classes and show fault situations that were no present in the training (unknown faults).

O sistema de detecção de falhas e diagnóstico é um sistema de suporte ao operador dedicado a funções específicas que alertam os operadores para problemas de falhas em sensores e atuadores, e auxiliam no diagnóstico antes que os limites normais de alarmes sejam atingidos. Sistemas de suporte ao operador surgiram para diminuir a complexidade dos painéis causada pelo grande aumento de informação disponível nas salas de controle das centrais nucleares. Neste trabalho foi desenvolvido um Sistema de Monitoração e Diagnóstico utilizando a metodologia GMDH (Group Method of Data Handling) aplicado ao reator de pesquisas do Ipen IEA-R1. O sistema faz a monitoração, comparando os valores calculados pelo modelo GMDH com os valores medidos. A metodologia desenvolvida foi aplicada inicialmente em modelos teóricos: um modelo teórico de trocador de calor e um modelo teórico do reator IEA-R1. Os resultados obtidos com os modelos teóricos propiciaram uma base para a aplicação da metodologia aos dados de operação do reator. Para a monitoração de dados de operação foram desenvolvidos três modelos GMDH: o primeiro utilizou apenas variáveis de processo, o segundo modelo foi desenvolvido considerando-se algumas variáveis nucleares e três variáveis de temperatura, e o terceiro modelo GMDH considerou todas as variáveis possíveis. Os três modelos apresentaram resultados excelentes, mostrando amplamente a viabilidade da utilização da metodologia GMDH na monitoração de dados de operação. A comparação entre os resultados dos três modelos desenvolvidos mostrou ainda a capacidade da metodologia GMDH de escolher as melhores variáveis para otimização do modelo. Para a implementação de um sistema de diagnóstico, foram adicionadas falhas sinteticamente aos valores das variáveis de temperatura. Os valores de falhas correspondem a uma descalibração da temperatura e o resultado da monitoração de dados com falhas foi utilizado para a elaboração de um sistema de diagnóstico simples e objetivo baseado na lógica nebulosa. / The fault detection and diagnosis system is an Operator Support System dedicated to specific functions that alerts operators to sensors and actuators fault problems, and guide them in the diagnosis before the normal alarm limits are reached. Operator Support Systems appears to reduce panels complexity caused by the increase of the available information in nuclear power plants control room. In this work a Monitoring and Diagnosis System was developed based on the GMDH (Group Method of Data Handling) methodology. The methodology was applied to the IPEN research reactor IEA-R1. The system performs the monitoring, comparing GMDH model calculated values with measured values. The methodology developed was firstly applied in theoretical models: a heat exchanger model and an IPEN reactor theoretical model. The results obtained with theoretical models gave a base to methodology application to the actual reactor operation data. Three GMDH models were developed for actual operation data monitoring: the first one using just the thermal process variables, the second one was developed considering also some nuclear variables, and the third GMDH model considered all the reactor variables. The three models presented excellent results, showing the methodology utilization viability in monitoring the operation data. The comparison between the three developed models results also shows the methodology capacity to choose by itself the best set of input variables for the model optimization. For the system diagnosis implementation, faults were simulated in the actual temperature variable values by adding a step change. The fault values correspond to a typical temperature descalibration and the result of monitoring faulty data was then used to build a simple diagnosis system based on fuzzy logic.

O sistema de detecção de falhas e diagnóstico é um sistema de suporte ao operador dedicado a funções específicas que alertam os operadores para problemas de falhas em sensores e atuadores, e auxiliam no diagnóstico antes que os limites normais de alarmes sejam atingidos. Sistemas de suporte ao operador surgiram para diminuir a complexidade dos painéis causada pelo grande aumento de informação disponível nas salas de controle das centrais nucleares. Neste trabalho foi desenvolvido um Sistema de Monitoração e Diagnóstico utilizando a metodologia GMDH (Group Method of Data Handling) aplicado ao reator de pesquisas do Ipen IEA-R1. O sistema faz a monitoração, comparando os valores calculados pelo modelo GMDH com os valores medidos. A metodologia desenvolvida foi aplicada inicialmente em modelos teóricos: um modelo teórico de trocador de calor e um modelo teórico do reator IEA-R1. Os resultados obtidos com os modelos teóricos propiciaram uma base para a aplicação da metodologia aos dados de operação do reator. Para a monitoração de dados de operação foram desenvolvidos três modelos GMDH: o primeiro utilizou apenas variáveis de processo, o segundo modelo foi desenvolvido considerando-se algumas variáveis nucleares e três variáveis de temperatura, e o terceiro modelo GMDH considerou todas as variáveis possíveis. Os três modelos apresentaram resultados excelentes, mostrando amplamente a viabilidade da utilização da metodologia GMDH na monitoração de dados de operação. A comparação entre os resultados dos três modelos desenvolvidos mostrou ainda a capacidade da metodologia GMDH de escolher as melhores variáveis para otimização do modelo. Para a implementação de um sistema de diagnóstico, foram adicionadas falhas sinteticamente aos valores das variáveis de temperatura. Os valores de falhas correspondem a uma descalibração da temperatura e o resultado da monitoração de dados com falhas foi utilizado para a elaboração de um sistema de diagnóstico simples e objetivo baseado na lógica nebulosa. / The fault detection and diagnosis system is an Operator Support System dedicated to specific functions that alerts operators to sensors and actuators fault problems, and guide them in the diagnosis before the normal alarm limits are reached. Operator Support Systems appears to reduce panels complexity caused by the increase of the available information in nuclear power plants control room. In this work a Monitoring and Diagnosis System was developed based on the GMDH (Group Method of Data Handling) methodology. The methodology was applied to the IPEN research reactor IEA-R1. The system performs the monitoring, comparing GMDH model calculated values with measured values. The methodology developed was firstly applied in theoretical models: a heat exchanger model and an IPEN reactor theoretical model. The results obtained with theoretical models gave a base to methodology application to the actual reactor operation data. Three GMDH models were developed for actual operation data monitoring: the first one using just the thermal process variables, the second one was developed considering also some nuclear variables, and the third GMDH model considered all the reactor variables. The three models presented excellent results, showing the methodology utilization viability in monitoring the operation data. The comparison between the three developed models results also shows the methodology capacity to choose by itself the best set of input variables for the model optimization. For the system diagnosis implementation, faults were simulated in the actual temperature variable values by adding a step change. The fault values correspond to a typical temperature descalibration and the result of monitoring faulty data was then used to build a simple diagnosis system based on fuzzy logic.