Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, 2007. / Submitted by Lilian M. Silva (lilianmadeirasilva@hotmail.com) on 2013-04-23T20:52:40Z No. of bitstreams: 1 Projeto e construção de um veículo subaquático não tripulado de baixo custo.pdf: 1267914 bytes, checksum: de003a4ec22d232cb5b78deb87dd39c5 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2013-06-08T23:09:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Projeto e construção de um veículo subaquático não tripulado de baixo custo.pdf: 1267914 bytes, checksum: de003a4ec22d232cb5b78deb87dd39c5 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-08T23:09:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Projeto e construção de um veículo subaquático não tripulado de baixo custo.pdf: 1267914 bytes, checksum: de003a4ec22d232cb5b78deb87dd39c5 (MD5) Previous issue date: 2007 / A escassez de alguns recursos naturais como petróleo e gás na superfície terrestre, têm feito com que a raça humana volte sua atenção para as profundezas dos oceanos nestas últimas décadas. Os ROVs (Remotely Operated Vehicle) possuem função importante para o estudo, preservação e execução de tarefas em ambiente subaquático com segurança. Infelizmente no Brasil, as iniciativas de produzir um ROV com tecnologia nacional e de baixo custo, quando comparado a equivalentes importados, são ainda raras e se restringem a algumas poucas instituições acadêmicas, não tendo sido localizado nenhum fabricante comercial deste tipo de veículo no país. Visando preencher esta lacuna, o presente trabalho deu continuidade ao projeto e construção de um ROV de baixo custo iniciado por Moraes em 2005, do qual efetivamente foi aproveitado o projeto estrutural mecânico, que através de pequenas modificações, ganhou uma câmera de vídeo, propulsores mais potentes, e sistema de iluminação. A eletrônica embarcada foi totalmente modificada visando atender às novas exigências de potência do sistema, e de funções antes inexistentes tais como: zoom, foco,nível de iluminação e controle de trajetória efetivado através de um único joystick. O novo modelo de acelerômetro empregado permitiu a medição de aceleração em três eixos ortogonais. Na fase final do trabalho foi incorporado ao ROV um altímetro, o que propiciou alguns resultados experimentais envolvendo controle de profundidade em malha fechada. No último capítulo desta dissertação foram incluídas algumas conclusões e considerações que deverão colaborar para futuras melhorias deste projeto. / The scarcity of some natural resources as oil and gas in the terrestrial surface has called human race attention toward the deepness of the oceans in these last decades. ROVs(Remotely Operated Vehicles) have important function for the study, preservation and execution of tasks in subaqueous environment with security. In Brazil, the initiatives to produce a ROV with national technology and low cost, when compared with imported devices, are still rare and restrict to some academic institutions, not having been found commercial manufacturer of this type of vehicle in the country. Aiming to fill this gap, the present work gave continuity to the project and construction of the ROV of low cost initiated by Moraes in 2005, from which effectively the mechanical structural project was used and, through small modifications, it was incorporaded a video camera, more powerful propellants, and lighting system. The embarked electronics was totally modified aiming to supply the new requirements of power system, and functions before inexistent such as zoom, focus, level of illumination and control of trajectory accomplished through only one joystick. The new model of accelerometer employed allows the measurement of acceleration in three orthogonal axes. In the final phase of the work an altimeter was incorporated to the ROV, which propitiated some experimental results in depth closed loop control. In the last chapter of this dissertation were enclosed some conclusions and considerations that will collaborate for future improvements in this project.

En raison des progrès réalisés dans l’architecture et le contrôle des convertisseurs statique, beaucoup d’applications électrotechniques se comportent comme des dispositifs fonctionnant à puissance constante. Cette propriété conduit à modéliser ces systèmes autour d’un point de fonctionnement par des résistances négatives. Se pose alors un problème de stabilité quand ils sont connectés à des sources d’énergie munies ou non d’une commande. Dans une première partie de la thèse, les différents outils basés sur des spécifications d’impédance sont introduits et appliqués à l’étude des systèmes à puissance distribuée. Deux exemples électrotechniques sont traités ; le premier étudie l’association filtre d’entrée hacheur DC/DC. La seconde traite l’association filtre d’entrée actionneur électromécanique. Dans une second partie de la thèse, pour assurer la stabilité de deux dispositifs électrotechnique mis en cascade, l’auteur propose d’utiliser une commande globale non linéaire permettant d’assurer à la fois la stabilité du système tout en minimisant la taille de ses éléments passifs. Pour assurer un contrôle découplé des différentes sorties ainsi que la stabilité du système, l’auteur utilise une linéarisation de type entrée/sortie. Un régulateur à structure variable de type glissant assure les propriétés de robustesse vis-à-vis des variations paramétriques du système. L’architecture de commande proposée permet alors une diminution significative des éléments de stockage d’énergie dans le système / Because of the high efficiency of the power electronic converters, ideal regulation of their outputs makes the converter appears as a constant power load seen by its front end power stage. So they can be modeled as a negative resistance around an operating point. As a result, when such a converter is connected to a controlled or uncontrolled power source subsystem, the risk of instability has to be unpacked. To study the stability issue taken by such a system, we have detailed in a first step how to prove the local stability of Distributed Power System. The impedance criterions which are used to analysis the stability of cascaded systems are described. These criterions are applied in the case of two power electronics applications. The first one corresponds to a DC/DC switching converter with its input filter. The second one deals with the stability issues of a system constituted by an input filter and an inverter-motor drive system. In the second part of the thesis, a non linear global control of a cascaded power electronic system is investigated in order to ensure the stability of the whole system with a minimization of its passive components. To uncouple the control of all the outputs variables and ensure the system stability, an I/O linearization technique is proposed. Thanks to the use of a sliding controller, the resulting control architecture is robust as regard to parameters variations and allows a significant diminution of the passive component size

Dans cette Thèse, la conception robuste avec un modèle incertain d'un système électromécanique avec vibro-impact est fait. Le système électromécanique est constitué d'un chariot, dont le mouvement est excité par un moteur à courant continu et un marteau embarqué dans ce chariot. Le marteau est relié au chariot par un ressort non linéaire et par un amortisseur linéaire, de façon qu'un mouvement relatif existe entre eux. Une barrière flexible linéaire, placé à l'extérieur du chariot limite les mouvements de marteau. En raison du mouvement relatif entre le marteau et la barrière, impacts peuvent se produire entre ces deux éléments. Le modèle du système développé prend en compte l'influence du courant continu moteur dans le comportement dynamique du système. Certains paramètres du système sont incertains, tels comme les coefficients de rigidité et d'amortissement de la barrière flexible. L'objectif de la Thèse est de réaliser une optimisation de ce système électromécanique par rapport aux paramètres de conception afin de maximiser l'impact puissance sous la contrainte que la puissance électrique consommée par le moteur à courant continu est inférieure à une valeur maximale. Pour choisir les paramètres de conception dans le problème d'optimisation, une analyse de sensibilité a été réalisée afin de définir les paramètres du système les plus sensibles. L'optimisation est formulée dans le cadre de la conception robuste en raison de la présence d'incertitudes dans le modèle. Les lois de probabilités liées aux variables aléatoires du problème sont construites en utilisant le Principe du Maximum l'Entropie et les statistiques de la réponse stochastique du système sont calculées en utilisant la méthode de Monte Carlo. L'ensemble d'équations non linéaires sont présentés, et un solveur temporel adapté est développé. Le problème d'optimisation non linéaire stochastique est résolu pour différents niveaux d'incertitudes, et aussi pour le cas déterministe. Les résultats sont différents, ce qui montre l'importance de la modélisation stochastique / In this Thesis, the robust design with an uncertain model of a vibro-impact electromechanical system is done. The electromechanical system is composed of a cart, whose motion is excited by a DC motor (motor with continuous current), and an embarked hammer into this cart. The hammer is connected to the cart by a nonlinear spring component and by a linear damper, so that a relative motion exists between them. A linear flexible barrier, placed outside of the cart, constrains the hammer movements. Due to the relative movement between the hammer and the barrier, impacts can occur between these two elements. The developed model of the system takes into account the influence of the DC motor in the dynamic behavior of the system. Some system parameters are uncertain, such as the stiffness and the damping coefficients of the flexible barrier. The objective of the Thesis is to perform an optimization of this electromechanical system with respect to design parameters in order to maximize the impact power under the constraint that the electric power consumed by the DC motor is lower than a maximum value. To chose the design parameters in the optimization problem, an sensitivity analysis was performed in order to define the most sensitive system parameters. The optimization is formulated in the framework of robust design due to the presence of uncertainties in the model. The probability distributions of random variables are constructed using the Maximum Entropy Principle and statistics of the stochastic response of the system are computed using the Monte Carlo method. The set of nonlinear equations are presented, and an adapted time domain solver is developed. The stochastic nonlinear constrained design optimization problem is solved for different levels of uncertainties, and also for the deterministic case. The results are different and this show the importance of the stochastic modeling

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juan Moises Mauricio Villanueva.pdf: 944458 bytes, checksum: 0b17f88c59a4149e61f4f3fa0969445e (MD5) Previous issue date: 2005-03-03 / In several applications in electronics, the generation of nonlinear function values using low-cost embedded systems is a problem. The nonlinear functions cannot be directly implemented due to restrictions of fixed-point calculations and limited resolution that are characteristics of the architecture of the processor employed. In this work, a procedure for determining piecewise linear approximation of nonlinear functions for a low-cost embedded system is presented. In order to solve this problem, a hierarchical evolutionary algorithm has been developed for determining the position and the minimal number of breakpoints and the minimal size of the look-up table for storing these breakpoints, for generating the approximated function values. The nonlinear function can be approximated using piecewise linear functions from the obtained breakpoints. The developed algorithm is tested using the case of approximating the first quadrant of a sine function, and the obtained results are presented for different resolutions for the input and output values generation. / Em diversas aplicações em eletrônica existe o problema de gerar valores de funções não lineares utilizando-se sistemas embarcados de baixo custo. Essas funções não lineares não podem ser implementadas diretamente devido às restrições de cálculo em ponto fixo e resolução limitada, características de arquitetura do processador empregado. Nesta dissertação, apresenta-se um procedimento para a determinação de aproximação linear por partes de funções não lineares para sistemas embarcados de baixo custo. Para resolver este problema, desenvolveu-se um algoritmo hierárquico evolutivo que determinará a posição e número mínimo de pontos de quebra e tamanho mínimo da tabela de equivalência para armazenar esses pontos de quebra, para gerar os valores da função aproximada. A função não linear pode então ser aproximada por funções lineares a partir dos valores dos pontos de quebra encontrados. O algoritmo desenvolvido é testado para o caso de aproximação da função seno no primeiro quadrante, e os resultados obtidos são apresentados para diversas resoluções de entrada e de geração dos valores de saída.

Dans cette Thèse, la conception robuste avec un modèle incertain d'un système électromécanique avec vibro-impact est fait. Le système électromécanique est constitué d'un chariot, dont le mouvement est excité par un moteur à courant continu et un marteau embarqué dans ce chariot. Le marteau est relié au chariot par un ressort non linéaire et par un amortisseur linéaire, de façon qu'un mouvement relatif existe entre eux. Une barrière flexible linéaire, placé à l'extérieur du chariot limite les mouvements de marteau. En raison du mouvement relatif entre le marteau et la barrière, impacts peuvent se produire entre ces deux éléments. Le modèle du système développé prend en compte l'influence du courant continu moteur dans le comportement dynamique du système. Certains paramètres du système sont incertains, tels comme les coefficients de rigidité et d'amortissement de la barrière flexible. L'objectif de la Thèse est de réaliser une optimisation de ce système électromécanique par rapport aux paramètres de conception afin de maximiser l'impact puissance sous la contrainte que la puissance électrique consommée par le moteur à courant continu est inférieure à une valeur maximale. Pour choisir les paramètres de conception dans le problème d'optimisation, une analyse de sensibilité a été réalisée afin de définir les paramètres du système les plus sensibles. L'optimisation est formulée dans le cadre de la conception robuste en raison de la présence d'incertitudes dans le modèle. Les lois de probabilités liées aux variables aléatoires du problème sont construites en utilisant le Principe du Maximum l'Entropie et les statistiques de la réponse stochastique du système sont calculées en utilisant la méthode de Monte Carlo. L'ensemble d'équations non linéaires sont présentés, et un solveur temporel adapté est développé. Le problème d'optimisation non linéaire stochastique est résolu pour différents niveaux d'incertitudes, et aussi pour le cas déterministe. Les résultats sont différents, ce qui montre l'importance de la modélisation stochastique / In this Thesis, the robust design with an uncertain model of a vibro-impact electromechanical system is done. The electromechanical system is composed of a cart, whose motion is excited by a DC motor (motor with continuous current), and an embarked hammer into this cart. The hammer is connected to the cart by a nonlinear spring component and by a linear damper, so that a relative motion exists between them. A linear flexible barrier, placed outside of the cart, constrains the hammer movements. Due to the relative movement between the hammer and the barrier, impacts can occur between these two elements. The developed model of the system takes into account the influence of the DC motor in the dynamic behavior of the system. Some system parameters are uncertain, such as the stiffness and the damping coefficients of the flexible barrier. The objective of the Thesis is to perform an optimization of this electromechanical system with respect to design parameters in order to maximize the impact power under the constraint that the electric power consumed by the DC motor is lower than a maximum value. To chose the design parameters in the optimization problem, an sensitivity analysis was performed in order to define the most sensitive system parameters. The optimization is formulated in the framework of robust design due to the presence of uncertainties in the model. The probability distributions of random variables are constructed using the Maximum Entropy Principle and statistics of the stochastic response of the system are computed using the Monte Carlo method. The set of nonlinear equations are presented, and an adapted time domain solver is developed. The stochastic nonlinear constrained design optimization problem is solved for different levels of uncertainties, and also for the deterministic case. The results are different and this show the importance of the stochastic modeling

A experiência do mundo desenvolvido mostra que o crescimento econômico de um país sempre requer uma grande disponibilidade de capacidade de produção própria de energia, a preços de mercado competitivos e atraentes. A estabilidade de relações comerciais, definidas por uma regulação transparente e objetiva, adiversidade de fontes supridoras e a existência de políticas de governo que incentivemo desenvolvimento sustentável do mercado consumidor são requisitos imprescindíveis à captação de novos investidores para o setor energético. Não obstante o incremento recente do percentual de gás natural na matriz energética nacional e a perspectiva mundial de aumento do uso deste combustível, alguns desafios ainda se interpõem ao efetivo crescimento da participação do gás natural no mercado energético nacional. Itens críticos para a expansão do uso do gás natural no Brasil, tais como a realização de grandes investimentos em infraestrutura de produção, transporte e distribuição, a exploração das principais reservas de hidrocarbonetos, a redução das incertezas com relação à evolução da demanda por gás no mercado industrial e termelétrico, aliados aos grandes desafios tecnológicos para produção do pré-sal brasileiro geram grandes riscos ao retorno de investimentos no setor, causando postergações ao desenvolvimento de novas áreas de produção e à expansão da demanda de gás. O objetivo deste trabalho é apresentar uma visão ampla do mercado brasileiro de gás natural, baseada emcenários possíveis e desafios futuros à expansão da utilização do gás no país, desenvolvidos a partir da análise de levantamento de dados de produção e consumo e do atual estágio da evolução da indústria gasífera brasileira. Este trabalho apresenta também um conjunto de proposições como objetivo de mitigar as dificuldades citadas e alavancar o desenvolvimento do mercado de gás no Brasi

A experiência do mundo desenvolvido mostra que o crescimento econômico de um país sempre requer uma grande disponibilidade de capacidade de produção própria de energia, a preços de mercado competitivos e atraentes. A estabilidade de relações comerciais, definidas por uma regulação transparente e objetiva, adiversidade de fontes supridoras e a existência de políticas de governo que incentivemo desenvolvimento sustentável do mercado consumidor são requisitos imprescindíveis à captação de novos investidores para o setor energético. Não obstante o incremento recente do percentual de gás natural na matriz energética nacional e a perspectiva mundial de aumento do uso deste combustível, alguns desafios ainda se interpõem ao efetivo crescimento da participação do gás natural no mercado energético nacional. Itens críticos para a expansão do uso do gás natural no Brasil, tais como a realização de grandes investimentos em infraestrutura de produção, transporte e distribuição, a exploração das principais reservas de hidrocarbonetos, a redução das incertezas com relação à evolução da demanda por gás no mercado industrial e termelétrico, aliados aos grandes desafios tecnológicos para produção do pré-sal brasileiro geram grandes riscos ao retorno de investimentos no setor, causando postergações ao desenvolvimento de novas áreas de produção e à expansão da demanda de gás. O objetivo deste trabalho é apresentar uma visão ampla do mercado brasileiro de gás natural, baseada emcenários possíveis e desafios futuros à expansão da utilização do gás no país, desenvolvidos a partir da análise de levantamento de dados de produção e consumo e do atual estágio da evolução da indústria gasífera brasileira. Este trabalho apresenta também um conjunto de proposições como objetivo de mitigar as dificuldades citadas e alavancar o desenvolvimento do mercado de gás no Brasi

De nos jours, une forte croissance des objets connectés est constatée, dépassant même la population mondiale. Devant l'ampleur de ce phénoméne, l'efficacité énergétique des objets communicants est une sérieuse problématique. La maximisation de leur durée de vie est requise pour assurer une qualité de service. Dans cette optique, les travaux de cette thèse visent à optimiser la consommation énergétique des communications sans fil dans un réseau de capteurs. Le télé-réveil, un concept imaginé depuis une dizaine d'années, consiste au déclenchement du réveil du noeud communicant par un signal radio à distance. Par défaut, le noeud reste en mode veille de façon permanente à très basse consommation. Au besoin, il peut être réveillé à la demande par un signal radio spécifique. Ainsi, la consommation énergétique du module radio est grandement réduite par l'écoute passive du canal en mode veille. Ce principe de télé-réveil nécessite toutefois le développement de nouvelles architectures matérielles associées à des protocoles de communication adaptés et innovants. Malgré les propositions récentes, le niveau de maturité technologique n'a pas encore été atteint sur ce sujet. Par conséquent, un système de télé-réveil est proposé dans cette thèse, en incluant une caractérisation théorique de ses performances. Le récepteur de télé-réveil consomme 363 nW en mode veille contre 49,8 µW en mode de réception. De plus, deux nouveaux protocoles de télé-réveil DoRa et DC-DoRa sont proposés avec une évaluation de leurs performances par simulation. Les résultats obtenus montrent que ces protocoles de télé-réveil diminuent fortement l'énergie consommée par le module radio, en comparaison des protocoles MAC actuellement utilisés dans les réseaux de capteur. Enfin, la mise en œuvre expérimentale du système et des protocoles de télé-réveil a permis de mesurer les performances réelles de notre approche dans un environnement de surécoute et d'interférence. / Nowadays, a significant growth of connected things is observed, exceeding even the worldpopulation. Given the magnitude of this phenomenon, the energy efficiency of communicatingobjects is a crucial issue. Maximizing their lifetime is necessary to ensure a qualityof service. In this regard, the aim of this thesis is to optimize the energy consumption ofwireless communications in a wireless sensor network.The concept of wake-up radio was created a decade ago, which consists of waking up thecommunicating node by a remote radio signal. By default, the node remains in sleepingmode at a very low power consumption. If needed, the node can be woken up on demandthrough a specific radio signal. Thus, the energy consumption of the radio module is greatlyreduced by idle listening to the channel in sleeping mode. However, this wake-up radioprinciple requires the development of new hardware architectures associated with adaptedand innovative communication protocols. Despite recent proposals, the level of technologymaturity has not yet been reached on this subject.Therefore, a wake-up radio system is proposed in this thesis, including a theoreticalcharacterization of its performances. The wake-up receiver consumes 363 nW in sleepingmode and 49.8 µW in receiving mode. Moreover, two new protocols called DoRa and DC-DoRaare proposed with an evaluation of their performances by simulation. The resultsshow that these wake-up radio protocols greatly reduce the energy consumed by the radiomodule, compared to the MAC protocols currently used in wireless sensor networks. Finally,the experimental implementation of the wake-up radio system and protocols enabled thereal performance measurement of our approach in an environment with overhearing andinterference.