Orientador: Eurípedes Guilherme de Oliveira Nóbrega / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:18:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pagano_DaniloMorais_M.pdf: 25950218 bytes, checksum: f9af4571e3d7f1f88caed4d997e809ba (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Esta dissertação apresenta um sistema para processamento digital de sinais através de dispositivos de hardware reconfigurável. Uma implementação do algoritmo FFT foi adotada como meio para avaliar o desempenho da arquitetura proposta para o sistema. O processamento digital de sinais tradicionalmente tem um alto custo computacional, pois os algoritmos são implementados em software, o que pode não atender as restrições de tempo de aplicações reais. O objetivo principal deste trabalho é desenvolver uma arquitetura para adquirir os sinais através de módulos de aquisição de dados distribuídos em uma rede e processá-los usando um FPGA. Um microcontrolador da FreeScale Semiconductors'MARCA REGISTRADA' foi adotado como módulo de aquisição de dados, executando um sistema operacional de tempo real (RTOS) para garantir os requisitos temporais. Foi implementado o processador soft-core NIOS 2 da Altera'MARCA REGISTRADA' executando também um RTOS com recursos de comunicação em rede, incluindo um periférico escrito em VHDL para o processamento da FFT usando uma estrutura de pipeline baseada em estágios e comunicação direta ao barramento do processador. A versão em hardware do algoritmo obteve uma redução de até 2000 vezes no tempo de processamento da FFT comparado com a mesma versão implementada em software, alcançando um tempo de processamento de 3.9 microssegundos para sinais discretizados em 256 pontos, quando usado 100MHz de clock. A quantidade de pontos pode ser facilmente aumentada alterando-se apenas o núcleo do periférico desenvolvido, e os resultados permitem adotar a arquitetura proposta para aplicações em tempo real de processamento digital de sinais / Abstract: This work presents a digital signal processing system based on reconfigurable hardware. Implementation of the FFT algorithm is used as a mean to assess the adopted configuration performance. Digital signal processing algorithms are in general software implemented, incurring high computational cost, which may not attend the real-time constraints of real applications. The main objective of this work is to develop an FPGA based architecture to process signals acquired through a distributed network of data acquisition modules. A microcontroller from FreeScale Semiconductors'TRADE MARK' was adopted as data acquisition module, running a real-time operating system (RTOS) to guarantee timing requirements. The soft-core processor NIOS 2 from Altera'TRADE MARK' , also running an RTOS with network communication capabilities, was implemented including a peripheral module written in VHDL for the computation of the FFT, which uses a pipeline-based stage structure and directly communicates with the processor bus. The hardware version of the algorithm achieved a reduction up to 2000 times in the FFT processing time compared to the same version implemented in software, reaching a processing time of 3.9 microseconds for 256 points sampled signals when using 100MHz of clock. The number of points can be easily increased just changing the core of the developed peripheral module, and the results permit to expect adequate real-time application of digital signal processing adopting the proposed configuration / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Euclides de Mesquita Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T22:10:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_EdsonAntonioCapello_D.pdf: 12993072 bytes, checksum: d64ec3f5d6e469c0bf39976c3e3b23ca (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho desenvolveu-se a formulação para acoplamento do método do Elementos Finitos e Elementos de Contorno para solução de problemas dinâmicos transientes em meios viscoelásticos. A formulação do MEF transiente viscoelástico, foi realizada diretamente no domínio do tempo, utilizando o conceito de integrais hereditárias. Na formulação do MEC, a resposta transiente é obtida, através de uma inversão numérica de domínio, a partir da solução estacionária do problema, sendo que, esta última é proveniente das funções de influência do semiespaço. Nos exemplos apresentados, o MEF viscoelástico é aplicado em estruturas de barra e viga, onde os problemas visco-elastodinâmicos e quase-estáticos foram verificados, enquanto o MEC é utilizado para analisar a resposta dinâmica de uma estrutura rígida com e sem massa sobre o solo viscoelástico. Alguns exemplos verificam a eficiência da inversão numérica aplicada na formulação do MEC. Os resultados obtidos são bastante satisfatórios, e as soluções podem ser estendidas para outras pesquisas, como análise do comportamento de estruturas viscoelásticas mais complexas e soluções de outros problemas dinâmicos envolvendo o semi-espaço / Abstract: In this work, the formulation for coupling the Finite Element Method (FEM) and the Boundary Element Method (BEM) was developed for transient dynamic viscoelastic problems. The FEM transient viscoelastic formulations was developed directly in time domam, using the hereditary integrals concept. In the BEM formulations, the transient response is obtained through numerical inversion of domam, using the stationary solution. The stationary solution is obtained ftom the influence functions of half-space. In the demonstrated examples, the viscoelastic FEM is applied to plane bar and beam structures, where visco elastodynamic and quasi-static problems were verified. On the other hand, the BEM is used to analyse the transient dynamic response of a rigid structure, with and wihtout mass, over a viscoelastic soil. Some other examples verify the efficiency of the numerical inversion applied for BEM formulations. The obtained results were satisfactory, and the proposed technique can be extended to other research applications as the study of complex viscoelastic structures behavior, and other dynamic problems involving halfspace solutions / Doutorado / Mecanica dos Solidos / Doutor em Engenharia Mecânica

[pt] Este trabalho estuda problemas geotécnicos e de interação solo-estrutura utilizando o método dos elementos finitos acoplado com a transformada de Fourier. Pela aplicação da transformada de Fourier, as equações diferenciais que governam o problema elástico linear, com as correspondentes condições de contorno, são reescritas no plano de Fourier, permitindo que um problema de natureza tridimensional possa ser numericamente analisado por uma discretização bidimensional. Esta técnica foi empregada neste trabalho para certos problemas de engenharia, como dutovias, túneis e fundações tipo radier, onde a geometria e os parâmetros dos materiais mantêm-se constantes ao longo do eixo longitudinal do corpo, porém admitindo-se variações espaciais no carregamento imposto ao sistema, gerando , assim, um estado tridimensional de tensões. Alguns elementos de interface, com formulação publicada na literatura, foram também considerados na implementação computacional, visto que em problemas de interação solo- estrutura o comportamento do sistema é bastante influenciado pelas propriedades e características mecânicas do solo imediatamente vizinho à estrutura. Os exemplos numéricos apresentados são comparados, sempre que possível, com os resultados obtidos por outra solução analítica ou numérica, procurando discutir as vantagens e limitações do acoplamento da transformada de Fourier com o método dos elementos finitos para a análise de determinada classe de problemas geotécnicos tridimensionais. / [en] In this work some geotechnical and soil-structure interaction problems are studied using the finite element method coupled with a Fourier transform technique. For linear elastic problems, Fourier transforms are applied to the governing field equations, thus enabling that some specific tridimensional problems can be analyzed using a 2D finite element mesh. In conventional finite element applications, a 3D discretization is usually required, but difficulties associated with the preparation of the finite element mesh and the involved computational efforts prevent, in general, the use of a true 3D model. The integral transform method is used in this research for the analysis of some very common problems in geotechnical engineering, such as piping systems, raft foundations and tunnels, where the geometry and the soil profile may be considered constant along a coordinate direction. The applied loading, however, can assume any possible surface distribution, which does not allow to treat the problem under the plane strain assumptions. Some special finite elements presented in the literature, called joint or interface elements, are also incorporated into the finite element computational program written in this research, given that for soil-structure interaction problems the material behavior at the common interface may greatly affect the entire system results. Some numerical examples are presented, and their numerical results are compared, whenever possible, with other solutions obtained using analytical or other numerical technique. Advantages and limitations of the integral transform method to solve tridimensional geomechanics problems are also discussed in this work. / [es] Este trabajo estudia problemas geotécnicos y de interacción suelo-extructura utilizando el método de los elementos finitos acoplado con la transformada de Fourier. Por la aplicación de la transformada de Fourier, las ecuaciones diferenciales que goviernan el problema elástico lineal, con las correspondentes condiciones de contorno, son reescritas en el plano de Fourier, permitiendo que un problema de naturaleza tridimensional pueda ser numericamente analizado por una discretización bidimensional. Esta técnica fue utilizada en este trabajo para ciertos problemas de Ingeniería, como canales, túneles y fundaciones tipo radier, donde la geometría y los parámetros de los materiales se mantienen constantes a lo largo del eje longitudinal del cuerpo, aunque se admiten variaciones espaciales en la carga impuesta al sistema, generando , así, un estado tridimensional de tensiones. En la implementación computacional fueron considerados algunos elementos de la interfaz, con formulación publicada en la literatura, ya que en problemas de interacción suelo-extructura, el comportamiento del sistema está bastante influenciado por las propiedades y características mecánicas del suelo imediatamente vecino a la extructura. Los ejemplos numéricos presentados se compararon, siempre que fue posible, con los resultados obtenidos por otra solución analítica o numérica, discutiendo las ventajas y limitaciones del acoplamiento de la transformada de Fourier con el método de los elementos finitos para el análisis de determinada clase de problemas geotécnicos tridimensionales.

La Transformada Rápida de Fourier SplitRadix (SRFFT) es un algoritmo computacionalmente eficiente que se utiliza para calcular la Transformada Discreta de Fourier (DFT), la cual a partir de una secuencia finita de datos, obtiene otra que describe su comportamiento en el dominio de la frecuencia. Esta herramienta se utiliza en óptica, acústica, física cuántica, teorías de sistemas, tratamiento de señales, reconocimiento de voz, entre otros.

Un primer acercamiento a la definición de comunicación puede realizarse desde su etimología. La palabra deriva del latín communicare, que significa “compartir algo, poner en común”. Por lo tanto, la comunicación es el proceso mediante el cual el emisor y el receptor establecen una conexión en un momento y espacio determinados para compartir ideas, transmitir e intercambiar información o significados que son comprensibles para ambos. Desde un punto de vista técnico se entiende por comunicación al hecho que un determinado mensaje originado por el emisor llegue a un receptor, distante en el espacio o en el tiempo. La comunicación implica transmitir y recepcionar una determinada información que en la actualidad se encuentra muy vulnerable e insegura debido a las interceptaciones, la existencia de intereses personales, empresariales o de terceros. Este problema ha motivado la presente tesis a diseñar una alternativa de solución mediante el cual se mejora la confidencialidad de las comunicaciones que en su mayoría de casos se requiere. En tal sentido, la presente tesis tiene como objetivo presentar un Diseño y Simulación de un Scrambler Digital de Voz, el cual permitirá codificar la señal de voz a fin de transmitirla por el canal. La transmisión permitirá la comunicación exclusiva entre el emisor y receptor. Sólo el receptor podrá decodificar el mensaje y a su vez recibirá del emisor una contraseña que será establecida aleatoriamente en cada transmisión. Para la recepción, se decodificará la señal de voz con la contraseña recibida aleatoriamente garantizando de esta manera una comunicación segura.

Las técnicas de diagnóstico de máquinas eléctricas más utilizadas actualmente están basadas en el análisis de la corriente (debido a su carácter no invasivo) a través de la transformada de Fourier (FT). Su principal inconveniente es que no pueden utilizarse en aplicaciones que trabajan constantemente en régimen transitorio, como la generación eólica o la automoción eléctrica, entre otros campos de creciente importancia. Desde finales del siglo XX hasta la fecha se han desarrollado algunas técnicas para el diagnóstico en regímenes transitorios; estas técnicas están basadas fundamentalmente en obtener la evolución temporal de las componentes armónicas de las corrientes causadas por averías, lo cual se consigue aplicando transformadas tiempo-frecuencia (t-f). Hata el momento se han aplicado transformadas estándar no optimizadas para el diagnóstico de averías en máquinas eléctricas (e.g., FT de tiempo corto, transformada wavelet) las cuales permiten la detección de algunas componentes de avería en determinadas zonas del plano t-f. Por otra parte, existen transformadas de carácter adaptativo cuyo análisis se ajusta a la señal a analizar (e.g. Matching Pursuit), no utilizadas todavía en el campo del diagnóstico. Sin embargo, no permiten centrarse en obtener las componentes de avería e incurren en tiempos de cálculo prohibitivos (semanas). En la presente tesis se ha desarrollado una metodología original de análisis t-f, optimizada para el diagnóstico de averías en máquinas eléctricas, mediante el análisis de la corriente. La metodología propuesta se desarrolla teniendo en cuenta las particularidades de la señal analizada y los objetivos del diagnóstico; esto permite efectuar el seguimiento de múltiples componentes de falta a lo largo de amplios dominios del plano t-f con tiempos de procesamiento reducidos, lo que hace posible diagnósticos de gran fiabilidad. El desarrollo de la metodología implica las siguientes etapas: (i) Se caracterizan las evoluciones de las componente / Pons Llinares, J. (2013). Metodología para el diagnóstico de averías en motores de inducción mediante el análisis de corrientes estatóricas transitorias utilizando átomos tiempo-frecuencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/27555

En este trabajo se busca identificar y analizar las praxeologías de la transformada de Laplace en la carrera de ingeniería mecatrónica, en la institución de la enseñanza de las matemáticas (E(M)), a través del curso de Ecuaciones Diferenciales, y en la institución intermediaria (E(DI)), a través del curso de Control Clásico; de manera que se puedan establecer conexiones, diferencias y la transposición entre dichas instituciones a través de la circulación de saberes. Para ello, desarrollamos una metodología cualitativa en dos etapas: en la primera etapa se hace un estudio epistemológico de la transformada de Laplace, revisión de la malla curricular del curso de Ecuaciones Diferenciales, descripción de libros de textos y la identificación de la praxeología en la E(M). En la segunda etapa se realiza una entrevista a un especialista (ingeniero mecatrónico), descripción de los libros de textos del curso de Control Clásico, la identificación de la praxeología de la E(DI) y la conexión entre las praxeologías de la E(M) y la E(DI). Como resultado de esta investigación se pudo ver la transposición entre la institución productora de saberes (P(M)) y la E(M) a través del uso del factor exponencial, ya que en la P(M) se utiliza dicho factor para reducir el orden de una ecuación diferencial y en la E(M) ese factor se utiliza para convertir una EDO en una ecuación algebraica. También se pudo ver la transposición entre la E(M) y la E(DI) a través de diversas técnicas que son validadas por una tecnología ajena a la otra institución, como por ejemplo una tarea en la E(DI) para hallar la estabilidad de un sistema usando transformada de Laplace que se puede resolver utilizando solo Matlab y es validada por su respectiva tecnología; sin embargo, en la E(M) dicha tarea se valida a través de las tecnologías propias de dicha institución como las tablas de transformada de Laplace. De esta manera, se puede identificar la razón de ser de la transformada de Laplace en estudiantes en formación de ingeniería mecatrónica y sirve para valorar la utilidad de la transformada de Laplace al resolver tareas que se puedan presentar en su entorno profesional.

Estudos mostraram que o tráfego nas redes de dados tanto locais quanto de grande área, possui propriedades fractais como dependência de longa duração - Long-Range Dependence (LRD) e auto-similaridade. Devido à heterogeneidade de aplicações nessas redes, os traces de tráfego podem apresentar dependência de longa duração - Long Range Dependence (LRD), dependência de curta duração - Short Range Dependence (SRD) ou uma mistura de LRD com SRD. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo sintetizar séries temporais gaussianas com flexibilidade de processamento no plano tempo-frequência a serem inseridas num gerador de tráfego com as características estatísticas específicas do tráfego encontrado em redes por comutação de pacotes reais, como autossimilaridade, LRD e SRD. Para isto foram desenvolvidos dois métodos para síntese de séries temporais gaussianas com LRD e simultânea introdução de SRD em diferentes faixas de frequência: Discrete Wavelet Tansform (DWT) com mapa de variâncias e Discrete Wavelet Packet Tansform (DWPT). Estes métodos utilizaram o mapa de variâncias cujo conceito foi desenvolvido neste trabalho. A validação dos métodos foi feita através de análise estatística e comparação com resultados de séries geradas pelo método Discrete Wavelet Transfom (DWT) de Backar utilizado em [1]. Além disso, também foi validada a ideia de que a DWPT é mais interessante que a DWT por ser mais flexível e prover uma maior flexibilidade de processamento no plano tempo-frequência. / Studies demonstrated that the data network traffic of Local Area Network (LAN) and Wide Area Network has fractal properties as long range dependence (LRD) and self-similarity. The traffic traces can show long range dependence, short range dependence or the both behaviors because of applications heterogeneity in these networks. This work objective is to synthetisize gaussian time series with processor flexibility in the time-frequency plan to be inserted in a traffic generator with the specific statistical traffic characteristics of real packet networks such as selfsimilarity, long range dependence (LRD) and short range dependence (SRD). Two methods were developed for the gaussian time series with LRD and SRD synthesis: Discrete Wavelet Tansform (DWT) with variance map and Discrete Wavelet Packet Tansform (DWPT). These methods used the variance map which concept was developed in this work. The methods validation was done by statistic analysis and comparison with the time series generated by the B¨ackar Discrete Wavelet Transfom (DWT) used by [1]. Besides of this, the idea that the DWPT is more because of its processing flexibility in the time-frequency plan was validated.

Imageamento acústico é um problema computacionalmente caro e mal-condicionado, que envolve estimar distribuições de fontes com grandes arranjos de microfones. O método clássico para imageamento acústico utiliza beamforming, e produz a distribuição de fontes de interesse convoluída com a função de espalhamento do arranjo. Esta convolução borra a imagem ideal, significativamente diminuindo sua resolução. Convoluções podem ser evitadas com técnicas de ajuste de covariância, que produzem estimativas de alta resolução. Porém, estas têm sido evitadas devido ao seu alto custo computacional. Nesta tese, admitimos um arranjo bidimensional com geometria separável, e desenvolvemos transformadas rápidas para acelerar imagens acústicas em várias ordens de grandeza. Estas transformadas são genéricas, e podem ser aplicadas para acelerar beamforming, algoritmos de deconvolução e métodos de mínimos quadrados regularizados. Assim, obtemos imagens de alta resolução com algoritmos estado-da-arte, mantendo baixo custo computacional. Mostramos que arranjos separáveis produzem estimativas competitivas com as de geometrias espirais logaritmicas, mas com enormes vantagens computacionais. Finalmente, mostramos como estender este método para incorporar calibração, um modelo para propagação em campo próximo e superfícies focais arbitrárias, abrindo novas possibilidades para imagens acústicas. / Acoustic imaging is a computationally intensive and ill-conditioned inverse problem, which involves estimating high resolution source distributions with large microphone arrays. The classical method for acoustic imaging consists of beamforming, and produces the source distribution of interest convolved with the array point spread function. This convolution smears the image of interest, significantly reducing its effective resolution. Convolutions can be avoided with covariance fitting methods, which have been known to produce robust high-resolution estimates. However, these have been avoided due to prohibitive computational costs. In this thesis, we assume a 2D separable array geometry, and develop fast transforms to accelerate acoustic imaging by several orders of magnitude with respect to previous methods. These transforms are very generic, and can be applied to accelerate beamforming, deconvolution algorithms and regularized least-squares solvers. Thus, one can obtain high-resolution images with state-of-the-art algorithms, while maintaining low computational cost. We show that separable arrays deliver accuracy competitive with multi-arm spiral geometries, while producing huge computational benefits. Finally, we show how to extend this approach with array calibration, a near-field propagation model and arbitrary focal surfaces, opening new and exciting possibilities for acoustic imaging.

Resumo: O fenômeno da ablação é um processo que envolve o estudo de proteções térmicas, com muitas aplicações, principalmente na engenharia mecânica e aeroespacial. O processo envolve transferência de calor com movimento de fronteira, onde a posição é desconhecida a priori. As equações governantes do processo formam um sistema não-linear de equações diferenciais acoplado. A análise unidimensional do processo ablativo é realizada em um corpo de revolução, o qual está sobre intenso aquecimento. Esse problema é resolvido utilizando a Técnica da Transformada Integral Generalizada - TTIG, para solução do sistema de equações governantes. Como condição de contorno é considerada um fluxo de calor transiente no contorno, como por exemplo, o que ocorre com veículos na reentrada da atmosfera. A teoria do fluxo de calor de Tauber e de Van Driest é utilizada nessa análise. Os resultados de interesse são, a espessura e a taxa de material ablatado. Os resultados obtidos são comparados com resultados disponíveis de outras técnicas de solução em literaturas. / Abstract: The phenomenon of ablation is a process of thermal protection with several applications, mainly, in mechanical and aerospace engineering. This process involves heat transfer with a moving boundary which position is unknown a priori. The governing equations of the process are a non-linear system of coupled partial differential equations. The onedimensional analysis of ablative process has been done in a revolution body, which is on intense heating. This problem is performed by using the generalized integral transform technique - GITT for solution of the system of governing equations. As boundary condition is considered a transient heat flux like ones that occur, for example, in re-entrance of aerospace vehicles in the atmosphere. The heat flux theory of Tauber and Van Driest were used in that analysis. The results of interest are the thickness and the rate of loss of the ablative material. The obtained results are compared with available results of other techniques of solution in the literature. / Orientador: João Batista Campos Silva / Coorientador: Antonio João Diniz / Banca: Cássio Roberto Macedo Maia / Banca: Paulo Gilberto de Paula Toro / Mestre