Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T18:50:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 307986.pdf: 2469115 bytes, checksum: 05a9f8a439f1355459bb61e09f5e9142 (MD5) / Registros comportamentais realizados de forma automatizada reduzem a influência de erros causados por fadiga e alerta sob os quais um observador humano está sujeito. O método de registro automático estudado em (CRISPIM, 2011) apresentou-se eficiente, embora não diferencie a ordem temporal de posturas a formar padrões de comportamento e suas diferentes durações. Neste trabalho investigamos o uso de uma rede neural artificial anteroalimentada com atrasos de tempo focados na entrada, através da qual foi possível observar o efeito de diferentes atrasos na detecção das diferentes categorias de comportamento (I - Imobilidade, L - Locomoção, V - Exploração vertical e A - Auto-limpeza). Além disso, foi feita uma comparação entre a detecção automática pelos classificadores treinados e a classificação por observadores humanos. Exceto pelo desempenho na detecção da categoria "A", os valores médios deste foram altos (Índices Kappa >0,75 e AUC >0,8) no conjunto de amostras de validação (pré-processadas - balanceadas e sem transições). Já no teste uma grande redução no desempenho foi observada, especialmente no índice Kappa. Neste os maiores desempenhos médios Kappa/AUC foram 28,4/68,7% na categoria "I" (comprimento de memória - sessenta unidades), 30,7/71,5% para categoria "L" (comprimento de memória - quinze unidades), 23,8/75,4% na categoria "V" (comprimento de memória - trinta unidades) e 2,7/48,9% na categoria "A" (comprimento de memória - quinze unidades). Estes resultados apresentaram diferenças estatisticamente significantes com p<0,05 entre desempenhos de comprimentos de memória para as categorias "I" e "L", não tendo sido encontrada tal diferença entre memória nas categorias "E" e "A". A confiabilidade computada para observadores humanos foi muito superior com valores médios do índice Kappa intra/inter observador de 78,9/78,9% categoria "I", 62,3/52,1% para categoria "L", 80,9/74,1% para categoria "E" e 89,4/91,2% para "A". Diferenças estatisticamente significantes para p<0,05 foram encontradas nos desempenhos inter-observador entre todas as categorias comportamentais, apontando maior acerto em relação à categoria "A" e maior dificuldade de registro na categoria "L". Estes resultados demonstram que tal rede neural dinâmica é útil à classificação de padrões comportamentais, mas são necessárias adaptações no método a fim de possibilitar um sistema mais confiável em relação aos humanos. Além disto, a categoria comportamental em que foi encontrado o maior desempenho por observadores humanos, foi a qual a rede neural desempenhou pior. Já a que a rede neural teve maior desempenho foi a qual observadores humanos tiveram seu pior. O que demonstra significante diferença entre as informações recebidas e processamento destas por cada um destes. Também foi demonstrado que para nas categorias "I" e "L" há influência da profundidade da memória de curto-prazo sobre o desempenho de detecção. / Behavioral records done by some automatic method have reduced influence of errors by tiredness and awareness about what humans are liable. The automatic recording method studied in (CRISPIM, 2011) showed efficient results, besides it could not differentiate temporal order of poses that form a pattern of behavior and its duration. At this work we investigate the use of a focused time lagged feedforward neural network, through what became able to observe the influence of different delays on the detection of the various categories of behavior (I - Immobility, L - Locomotion, V - Vertical exploration and A - Grooming). Not just that, we made a comparison between the automatic detection made by the trained classifiers and the one made by humans. Except by the detection performance on the category "A", the mean values of it was high (Kappa >0,75 and AUC >0,8 index) on the validation set (preprocessed - balanced and without transitions). On the test set otherwise, a great reduction in the performance was noticed, especially on Kappa index. The biggest mean values of Kappa/AUC indexes was 28,4/68,7% at category "I" (memory depth - sixty units), 30,7/71,5% for the "L" category (memory depth - fifteen units), 23,8/75,4% on category "V" (memory depth - thirty units) and 2,7/48,9% for "A" category (memory depth - fifteen units). These results demonstrated significant statistical difference for p<0,05 between performances of memory depths for the categories "I" and "L", but not for the other ones. The reliability computed for human observers was quite superior with mean values of Kappa index intra/inter observer of 78,9/78,9% category "I", 62,3/52,1% for category "L", 80,9/74,1% for "E" and 89,4/91,2% for "A". Significant statistical difference for p<0,05 was found at inter-observer performances between all behavioral categories, pointing a greater hit for "A" category and hardness at "L" category record. Accordingly to these results this neural network is useful to behavioral pattern classification, but it is still necessary adaptations on the method to allow a more reliable system. Beyond it, the behavioral category where was found the best performance by humans, was the worst for the neural network. On the other hand, the category where the neural network got his best performance was the worst for the humans. This shows significant difference between the received information and processing between both human and machine. For the categories "I" and "L" was demonstrated influence of the short- term memory depth at the detection performance.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2013-06-25T18:56:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 311575.pdf: 5522559 bytes, checksum: 9e8349702aedb6c1092590cc5eaa1a81 (MD5) / Este trabalho apresenta um sensor de temperatura CMOS integrado voltado ao monitoramento de hot-spots em circuitos VLSI. Seu funcionamento é baseado no comportamento CTAT (complementar a temperatura absoluta) da tensão de limiar do transistor MOS. Devido a este fato, inicia-se a dissertação apresentando alguns métodos utilizados na extração deste parâmetro através de simulações. Em seguida, medições realizadas em alguns transistores de teste servem para validar os resultados obtidos nas simulações. O projeto do sensor é, então, apresentado detalhando-se seus blocos constituintes separadamente: gerador de corrente específica, comparador e gerador do pulso de saída. Em todos os blocos tomou-se o cuidado para que o consumo total do sensor fosse na ordem de poucas dezenas de microwatts de modo a possibilitar o instanciamento de diversos elementos para o mapeamento térmico de um microprocessador. O gerador de corrente específica foi utilizado para fornecer tanto uma corrente quanto uma tensão de referência. A simulação do sensor completo apresentou um consumo de 18mW no pior caso a 120°C. A área total do sensor foi de 0,006mm² em uma tecnologia de 0,18µm. Medições de três amostras do protótipo fabricado demonstraram que a corrente apresentou discrepância de aproximadamente 5% de chip para chip e, no pior caso, variação de 4% na faixa de 0°C a 100°C. Uma variação máxima de chip para chip de 13mV, a 20°C, foi medida na tensão de referência, apresentando todas as amostras uma faixa dinâmica de 170mV de 0°C a 100°C, com um erro médio máximo na linearidade com respeito à temperatura de 1,87°C na faixa de 20°C a 100°C. / This work presents a CMOS integrated temperature sensor aiming at monitoring hot-spots in microprocessors. Its principle is based on the CTAT dependance of the threshold voltage of the MOS transistor. Therefore, we start showing some threshold voltage extraction procedures with their results being validated through measurements in test transistors. The design of the main sesnsor blocks, namely, specific currente generator, comparator and pulse generator is presented. The total sensor power consumption was kept close to a few of tens of microwatts in order to allow the placement of various sensor elements in a microprocessor. The specific current generator provides both current and voltage references. The simulation indicated a power consumption of 18mW in the worst case at 120°C. The total area was 0.006mm2 in a 0.18um technology. Measurements on three samples showed a chip-to-chip variation around 5% for the reference current and, in the worst case, 4% variation from 0°C to 100°C. The reference voltage presented maximum 13mV at 20°C variation for chip-to-chip and, for 3 samples, a variation around 170mV from 0°C to 100°C and a maximum average linearity error equals to 1.87°C in 20°C to 100°C range.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T19:41:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 307754.pdf: 5414714 bytes, checksum: 115f6425fdb6170efb0136e74a4d32c9 (MD5) / O problema da programação diária da operação eletroenergética é tratado, neste trabalho, como um problema de otimização não-linear inteiro-misto. Nesse sentido, é considerada uma modelagem detalhada das componentes do sistema visando representá-lo de maneira realista. Para resolver o problema, são utilizadas técnicas de dualidade. Essas técnicas são baseadas na Relaxação Lagrangeana com duplicação de variáveis, permitindo decompor o problema em uma série de subproblemas mais simples de serem resolvidos. Como resultado da utilização da Relaxação Lagrangeana em problemas não convexos, obtém-se uma solução primal inviável, sendo necessário realizar uma recuperação da solução primal do problema. Assim, heurísticas podem ser empregadas para encontrar uma solução primal viável, as quais são baseadas em um conjunto de regras que devem ser definidas com antecedência. No entanto, padronizar esses conjuntos de regras não é uma tarefa fácil. Nesse contexto, são testadas duas metodologias que precisam de heurísticas para contornar isso. A primeira baseada no Lagrangeano Aumentado Inexato e a segunda baseada no Primal Proximal. Além disso, como resultado do acoplamento entre essas duas metodologias, surgem dois modelos híbridos que também são testados. Adicionalmente, existem na atualidade pacotes comerciais de Programação Não-Linear Inteira-Mista capazes de lidar com este tipo de problema. Neste trabalho, o problema da programação diária da operação eletroenergética também é solucionado utilizando um desses pacotes. Os resultados obtidos com esse pacote são utilizados para avaliar as técnicas de dualidade em torno de uma estimativa do gap de dualidade (qualidade da solução) e do esforço computacional. O sistema base utilizado para os testes é composto por 11 usinas, 18 barras e 25 linhas. / The Electroenergetic Daily Operation Programming problem is treated, in this work, as a mixed integer nonlinear programming problem. In that way, a detailed modeling of the system components, in order to represent it realistically, is considered. To solve the problem, duality techniques are used. These techniques are based in Lagrangean Relaxation with variables duplication, allowing decompose the original problem in a set of subproblems more simples to be solved. As a result of using Lagrangean Relaxation in nonconvex problems, an unfeasible solution is founded, been necessary to realize a recovery of a primal feasible solution. Thus, heuristic can be used to find feasible primal solutions, which are based in a set of rules that must be defined previously. However, standardize those sets of rules is not an easy task. In this context, two methodologies that use heuristics are tested to overcome this difficult. The first one is based on Inexact Augmented Lagrangean and the second one is based on Primal Proximal. Furthermore, as a result of coupling those two methodologies arise two hybrid models that also are tested. Additionally, exist commercial solvers of Mixed Integer Nonlinear Programming that are able to deal with this kind of problem and thereby it is also used in this work for solve the Electroenergetic Daily Operation Programming problem. The solver results are used to evaluate the dual techniques around a duality gap estimative (quality of solution) and computational performance. The base system used in tests is composted of 11 plants, 18 buses and 25 transmission lines.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2012. / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:11:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 314945.pdf: 1997869 bytes, checksum: 76f7b83832de93d3722fe16068281abc (MD5) / Nesta tese é proposta uma nova técnica para resolução de problemas estáticos com o método de elementos finitos denominada N-Scheme. O método resolve problemas de elementos finitos sem a montagem do sistema matricial Ax=b. A técnica calcula os potenciais nos nós incógnitos de uma maneira muito mais simples que a técnica convencional. A montagem e a solução do sistema matricial são consideradas em um único procedimento e as operações são similares ao método de Gauss-Seidel com sobre-relaxação (ou Successive Over Relaxation - SOR) que fornece boa convergência. Contudo, o tempo computacional do método N-Scheme é maior quando comparado com a implementação do método clássico de elementos finitos, como o ICCG (Incomplete Choleski Conjugate Gradient). Uma possível forma de melhorar o tempo computacional do método N-Scheme é aplicar técnicas de programação paralela. Estudos realizados recentemente mostraram que o método dos Gradientes Conjugados aplicado juntamente com o método N-Scheme reduz o tempo computacional significativamente. Assim, o trabalho de pesquisa da tese tem como objetivo principal mostrar que o novo método N-Scheme associado com as técnicas de programação paralela oferecem ainda melhores tempos computacionais na resolução de problemas em elementos finitos envolvendo malhas 3D.<br> / Abstract : In this thesis a new technique for solving static problems with the finite element method is called N-Scheme. The method solves finite elements problems without assembling the matrix system Ax=b. It calculates the node potential unknowns in a much simpler way than the traditional technique of finite elements. The assembling and solution of the matrix system are considered in a single procedure and operations are similar to the Gauss-Seidel method with over-relaxation (or Successive Over Relaxation # SOR) providing good convergence. However, the computational time of N-Scheme method is larger when compared with the classical implementation of finite element method, such as ICCG (Incomplete Choleski Conjugate Gradient). One possible way to improve the computational time of the N-Scheme method is to apply parallel programming techniques. Recently, studies have shown that the Conjugate Gradient method applied in conjunction with the N-Scheme reduces the computational time significantly. Thus, this thesis aims to show that the new N-Scheme method associated with parallel programming techniques offers a still better computational time to solve problems involving finite element 3D meshes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2013-06-25T21:59:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 310925.pdf: 9180851 bytes, checksum: 71679dea18a65221a72a0e22c37b119a (MD5) / Este trabalho propõe a otimização do posicionamento de antenas em sistemas de comunicação sem fio para ambientes interiores (indoor) por meio de meta-heurísticas populacionais associadas à Técnica de Traçado de Raios. Algoritmos Genéticos (GA) e Otimizadores por Enxames de Partículas (PSO) foram as duas modalidades de meta-heurísticas utilizadas como ferramentas de otimização. Em todas as aplicações, a Técnica de Traçado de Raios foi utilizada para o cálculo da função objetivo, utilizada para predição da cobertura indoor. As variáveis do problema são compostas pelas posições das antenas das estações base, que servem como dados de entrada para o algoritmo de Traçado de Raios. Por sua vez, tal algoritmo retorna a aptidão de cada indivíduo que compõe a população em uma dada iteração do processo de otimização. Para aplicações multiobjetivo, o PSO foi estendido usando o conceito de dominância de Pareto, por meio de um otimizador por enxame de partículas multiobjetivo (MOPSO). Uma ferramenta de predição mais precisa foi implementada, utilizando-se um algoritmo de Traçado de Raios "quase-3D" aplicável a ambientes interiores (RTQ3D-indoor). No método proposto, os raios transmitidos através de obstáculos são considerados de forma precisa, e os efeitos da terceira dimensão são contemplados por meio da conversão de cada raio 2D em cinco raios 3D. O algoritmo RTQ3D-indoor foi avaliado por meio de uma série de comparações com medições obtendo-se resultados tão bons quanto os obtidos por meio de algoritmos plenamente tridimensionais. Por fim, diversos estudos de caso são apresentados como aplicações de associações das meta-heurísticas com os algoritmos de Traçado de Raios. / This work proposes the optimization of antennas placement in wireless communication systems for indoor environments by means of population-based meta-heuristics associated with the Ray Tracing Technique. Genetic Algorithms (GA) and Particle Swarm Optimizers (PSO) were the two types of meta-heuristics used as optimization tools. In all applications, the ray-tracing technique was used to evaluate the objective function to predict indoor coverage. The variables of the problem correspond to the positions of the antennas of the base stations, which are used as input to the Ray-Tracing algorithm. Such algorithm returns the fitness of each individual that makes up the population at a given iteration of the optimization process. For multi-objective applications, the PSO is extended using the concept of Pareto dominance through the multi-objective particle swarm optimizer (MOPSO). A more accurate prediction tool was implemented using a ray tracing algorithm "quasi 3D" applicable to indoor environments (RTQ3D-indoor). In the proposed method, the transmitted rays through obstacles are considered accurately and the effects of the third dimension are considered by converting each 2D path in five 3D rays. The algorithm RTQ3D-indoor was evaluated by comparison with measurements. The results were as good as those obtained by algorithms full 3D ray-tracing algorithms. Finally, several study cases are presented as applications of the meta-heuristics and ray-tracing algorithms associations.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2013-06-25T22:48:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 312744.pdf: 4087724 bytes, checksum: 68ac07f9b20426b149823655314a999d (MD5) / Esta tese apresenta o desenvolvimento de um modelo analítico e muito simples do circuito retificador, considerando a lei corrente-tensão (exponencial) do diodo, tendo como mérito simplificar um problema relativamente complexo e não linear (retificador) com uma ótima precisão. O modelo mostra-se válido, mesmo para tensões abaixo da tensão térmica, tendo sido testado para um ampla variação de tensão e corrente. São apresentadas equações para a tensão DC de saída, ripple de tensão, transiente durante o startup e eficiência de conversão de potência. Para validação, o modelo é comparado à simulações realizadas em simulador SPICE e a resultados experimentais, mostrando uma ótima precisão. Comparando-se este modelo com outros citados nas referências bibliográficas, este possui a vantagem de ser analítico, mais simples e/ou mais preciso. O desenvolvimento deste modelo torna-se mais importante, à medida que cresce o interesse pela utilização de sensores remotos autoalimentados, e também pelo uso de dispositivos de identificação por rádiofrequência (RFID). O espaço de projeto do conversor AC/DC foi explorado por meio de equações simples e de uma metodologia de projeto desenvolvida para que, através de gráficos, o projetista possa de forma fácil, rápida e com boa precisão, determinar os principais elementos do conversor AC/DC e da rede de adaptação de impedâncias. Para alcançar potências menores na entrada do conversor AC/DC, a metodologia utiliza redes de adaptação de impedâncias para o casamento entre as impedâncias da antena (ou impedância da fonte geradora de sinal AC) e do conversor AC/DC. Além disso, esta metodologia pode ser utilizada para conversores AC/DC com diodos ou transistores conectados como diodos, mesmo que sua equação característica não seja a do diodo exponencial. Para a utilização do conversor AC/DC em circuitos integrados, são estudadas as possibilidades de uso do transistor MOS conectado como diodo operando na região de inversão fraca. Para obter suporte experimental, foram projetados multiplicadores de tensão, com rede de adaptação de impedâncias incorporada ao circuito integrado e também externa ao mesmo, com o objetivo de atingir a menor potência de entrada disponível. / This thesis presents a simple analytical model of the rectifier circuit assuming that the diode is characterized by the exponential current-voltage law. The model shown is valid even for voltages below the thermal voltage and it has been tested for a wide range of voltages and currents. Equations are provided for the DC output voltage, ripple voltage, transient during startup and power conversion efficiency. For validation, the model is compared to simulations carried out in SPICE and experimental results, showing a good accuracy. Comparing this model with others cited in the references, this one has the advantage of being analytical, simpler, and more accurate. The development of this model becomes more relevant with the growing use of self powered remote sensors, and radio frequency identification devices (RFID). The design space of the AC/DC converter was explored using a graphic methodology. To operate with reduced power at the input, the methodology uses an impedance adaptation network for the matching between the impedances of the antenna (or the source impedance of the AC signal) and that of the AC/DC converter. Furthermore, this methodology can be used for AC/DC converters with diodes or transistors connected as diodes, even if their characteristic equations are not exponential. To obtain experimental support, voltage multipliers have been designed with impedance adaptation network incorporated into the integrated circuit and also external to it, in order to achieve the lowest possible power at the input.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2012. / Made available in DSpace on 2013-06-25T23:13:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 315061.pdf: 1662817 bytes, checksum: 3ca0925eab1ea402811d358f7d23c427 (MD5) / Esta pesquisa apresenta uma metodologia completa para a modelagem matemática de sinais de vetocardiogramas (VCG's) de individuos com diabetes ao longo de três estudos de caso: inalação de salbutamol, infusão de adrenalina e clampeamento de glicose. A abordagem propõe primeiramente a utilização de um modelo micro para compreender o comportamento individual das células ventriculares cardíacas: células do endocárdio, células M e células do epicárdio. Analisou-se o comportamento conjunto dos três tipos de células através do ECG transmural, o qual foi gerado pela soma ponderada dos potenciais de ação característicos dos três tipos células ventriculares. Além disso, procedeu-se a análise estatística das variáveis fisiológicas medidas nos pacientes durante os três estudos de caso, obtendo um novo parâmetro Latent Adrenaline Unit (LAU), que representa a razão da mudança da freqüência cardíaca com respeito à concentração do potássio extracelular, a qual é uma resposta qualitativamente descrita na literatura. A relação matemática do parâmetro LAU ajuda na avaliação quantitativa das diferentes mudanças durante infusão de adrenalina na freqüência cardíaca e o potássio extracelular, relacionados com a diabetes, assim como o estabelecimento de diferenças estatisticamente significativas entre os três tipos de neuropatias em indivíduos com diabetes: Não Neuropatia, Neuropatia Subclínica e Neuropatia Estabelecida. Finalmente, propõe-se uma análise matemática dos sinais obtidos nos três estudos de caso no domínio da freqüência, mediante a soma de ondas senos e cossenos com diferentes freqüências de oscilação, fase e amplitude. Foram analisadas todas as 12 derivações do ECG, calculadas a partir dos VCG#s com o uso da transformada de Dower. Desta forma foi escolhida a derivação II porque representava a melhor sensibilidade às mudanças na repolarização ventricular ou onda T. Dois modelos matemáticos macros de ajuste de curvas foram aplicados na repolarização ventricular da derivação II do ECG, o primeiro com 18 variáveis (soma de senos) e o segundo modelo com 12 parâmetros (séries de Fourier). Com esses modelos matemáticos surgiram formas alternativas para representar e avaliar as alterações na morfologia da repolarização ventricular em individuos com diabetes sob efeito de fármacos. / Abstract : This research presents a complete methodology for the mathematical modeling of vetocardiogramas signals (VCG's) of individuals with diabetes through three case studies: inhalation of salbutamol, adrenaline infusion and glicose clamping. The first approach proposes the use of a micro model to understand the behavior of individual cardiac ventricular cells: cells of the endocardium, M cells and epicardial cells. It was analyzed the behavior of all three cell types by transmural ECG, which was generated by the weighted sum of action potentials of the three ventricular cells. Furthermore, we proceeded to the statistical analysis of physiological measures in patients during the three case studies, obtaining a new parameter Latent Adrenaline Unit (LAU), which represents the ratio of change in heart rate with respect to the concentration of extracellular potassium, which is a response qualitatively described. The mathematical relationship LAU parameter helps in quantitative evaluation of the different changes during adrenaline infusion on heart rate and extracellular potassium, related to diabetes, as well as the establishment of statistically significant differences between the three types of neuropathy in patients with diabetes: Not Neuropathy, Subclinical Neuropathy and Established Neuropathy. Finally, it was proposed a mathematical analysis of the signals obtained in the three case studies in the frequency domain, using the sum of sine and cosine waves with different frequencies of oscillation, phase and amplitude. It was analyzed all 12-lead ECG, calculated from VCG's by using the transform Dower. Thus, the lead II was chosen because it represented the best sensitivity to changes in ventricular repolarization or T-wave. Two macro mathematical models of fitting curves were applied on ventricular repolarization of the lead II of ECG, the first model with 18 variables (sum of sines) and the second model with 12 parameters (Fourier series). With these mathematical models were found alternative ways to represent and evaluate the alterations in the morphology of ventricular repolarization in subjects with diabetes under the influence of drugs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2013-06-25T23:20:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 307896.pdf: 8014354 bytes, checksum: e7f5c5f26cf0e245f5bbdc82d9fe7865 (MD5) / Este trabalho apresenta uma nova topologia de retificador monofásico com fator de potência e rendimento elevados, com o objetivo de adaptar-se aos requisitos de sistemas de conversão modernos. O conversor se caracteriza por integrar as etapas de retificação e conversão CC-CC em um único estágio e por operar com três níveis de tensão para o controle da corrente de entrada. A estrutura possibilita a redução das perdas em condução e de comutação, bem como a redução do volume de dispositivos magnéticos. Uma operação eficiente do retificador é obtida com uma técnica de modulação adequada, também foco deste trabalho. Duas técnicas de controle para o retificador foram analisadas e implementadas em um controlador digital de sinais de baixo custo. Uma análise de estabilidade é apresentada para a técnica de autocontrole de corrente considerando-se os efeitos dos atrasos de transporte da implementação digital. Um novo controlador adaptativo e metodologia de projeto são propostos para permitir a operação do conversor em ampla faixa de variação de carga utilizando esta técnica. A verificação experimental é realizada através de um protótipo de 3 kW desenvolvido em laboratório, para o qual se utilizou uma metodologia de projeto que minimiza o volume de material magnético utilizado no indutor boost. / This work presents a novel single-phase rectifier topology with high power factor and high efficiency, aiming to fulfil modern conversion systems requirements. This converter is characterized by integrating the rectifying and DC-DC conversion stages into a single stage and operates with three voltage levels for controlling the input current. The topology enables low conduction and commutation losses and reduced volume of magnetic devices. Efficient rectifier operation is achieved with a suitable modulation technique, which is also within the focus of this work. Two control techniques for the rectifier have been analysed and implemented in a low-cost digital signal controller. A stability analysis is presented for the current self-control technique considering the effects of the transport delays found in the digital implementation. A new adaptive compensator and design method are proposed to allow the converter to operate with wide load variation range using this technique. Experimental verification is performed with a 3 kW labprototype employing a boost inductor optimized design that minimizes magnetic material volume.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-06-26T01:24:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 316597.pdf: 2171949 bytes, checksum: 12144a17d87838df038f3c8b107cfe5e (MD5) / A busca constante da sociedade por um ambiente com maior sustentabilidade é uma tendência mundial. Novas abordagens na maneira e eficiência em que os recursos naturais são utilizados estão, cada vez mais, no foco de pesquisas acadêmicas. Foco que inclui também a energia elétrica, causando uma mudança nos processos de geração, transmissão, distribuição e utilização da energia disponível. A abordagem atual apresenta uma característica unidirecional e suscetível a falhas, sendo este o ponto em que as redes inteligentes de energia (Smart Grids) têm o objetivo de preencher parte dos problemas. Ao mesmo tempo, o controle de conversão de energia é migrado do domínio analógico para o discreto. Ambiente em que microprocessadores e DSPs são utilizados com elevada frequência, e # mais recentemente # o uso de circuitos reconfiguráveis (como FPGAs) que demonstram seu valor devido a diversos fatores. Entretanto, a escolha do controlador DSP ainda é predominante devido ao fato de implementações em software não alarmarem os desenvolvedores, além do fato de dispor de uma maior disponibilidade de recursos humanos capacitados. O presente trabalho visa o desenvolvimento de uma plataforma para a utilização de FPGAs no controle de eletrônica de potência, podendo ser empregada em aplicações de redes inteligentes. A plataforma auxilia na construção de um sistema embarcado completo com possibilidade de reprogramação remota, e monitoramento via rede. Além disso, fornece suporte para simulações do hardware, entradas e saídas pré-definidas e de fácil acesso ao hardware de controle desejado, fluxo detalhado e acesso as ferramentas de desenvolvimento necessárias para a tecnologia FPGA. Esta plataforma, com essas especificações, visa auxiliar engenheiros de eletrônica de potência no desenvolvimento de controladores baseados em FPGA, cobrindo a área de sistemas embarcados e tecnologia da informação com uma abordagem simplificada. Visando demonstrar o processo de desenvolvimento proposto, como estudo de caso foi implementado um Retificador Boost. Esse estudo de caso foi utilizado para realizar os testes de aplicabilidade da plataforma.<br> / Abstract : The search for a more sustainable environment is a global trend. New approaches in the way and efficiency that natural resources are used have been an important target of academic research. This academic effort also includes electric energy - leading to a change in the process of power generation, transmission, distribution and use. The present approach has a unidirectional feature and it is susceptible to faults. This is a major concern which Smart Grids are intended to cover. At the same time, the energy conversion control is migrated from the analogue the discrete domain. The discrete domain is where microprocessor and DSPs are frequently used, and - more recently - reconfigurable circuits (such as FPGAs) also demonstrate their values due to several reasons. However, the choice of DSP controllers remains prevalent due to the fact that software implementations do not frighten the developers, besides there is a greater availability of trained human resources. The present work aims the development of a platform to assist the use of FPGAs in the control of power electronics which can be used in intelligent network applications. The platform helps in the construction of a complete embedded system, with the possibility of remote reprogramming and network monitoring. Additionally, the platform provides hardware simulation facilities, pre-defined and easy access to the desired control hardware input/output, detailed design flow and support to the development tools needed by FPGA technology. This platform, with these specifications, aims to assist power electronic engineers in the development of FPGA based controllers, covering the area of embedded systems and information technology with a simplified approach. In order to present the proposed process, a Boost Rectifier has been implemented as a case study. This case study was used to perform the platform applicability tests.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-15T22:42:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 221441.pdf: 3020770 bytes, checksum: 6e5f5ef236a5fdf8ed90ae3f41c9b242 (MD5) / O estudo científico dos comportamentos e de seus substratos neurais depende de metodologias sistemáticas para classificação, registro e análise das diversas categorias comportamentais emitidas por um ou mais animais. Através desses registros e análises consegue-se estudar mecanismos e circuitos cerebrais que controlam a expressão dos comportamentos, após administração de substâncias neuroativas ou manipulações do tecido cerebral. Essas informações têm sido, em grande parte, registradas e analisadas com o auxilio de programas de computador. Embora eficazes, os sistemas encontrados no mercado são onerosos para o investigador e/ou atendem apenas a um pequeno conjunto particular de necessidades. O presente trabalho apresenta um sistema capaz de auxiliar o registro e análise de comportamentos. Os registros são realizados diretamente do ambiente ou através do uso de vídeos digitais. Com uso de vídeos digitais, o programa permite o controle, pelo usuário, do número de quadros de avanço e retrocesso do vídeo. É possível também o registro de experimentos com mais de um sujeito e/ou que realizam comportamentos aninhados e/ou parcialmente superpostos. A análise dos dados é feita com o auxilio das planilhas do arquivo de saída (CSV), que apresentam resultados referentes a sequência de ocorrência das categorias e às totalizações dos registros, permitindo ainda segmentação temporal da análise. Este sistema foi apresentado em um curso para a Pós-Graduação em Neurociências e foi utilizado, pelos investigadores, em experimentos reais, como teste de campo aberto, teste do nado forçado e Labirinto em cruz. O sistema se apresentou eficiente, preciso e com recursos que atendem uma ampla gama de necessidades dos investigadores.