Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Renan Artur Lopes Eccel – 28/8/2019

19/08/2019 15:31

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno	Renan Artur Lopes Eccel
Orientador	Prof. Rodrigo Castelan Carlson, Dr. – DAS/UFSC
Data	28/8/2019 (quarta-feira) – 9h00 Sala PPGEAS II (piso inferior)
Banca	Prof. Rodrigo Castelan Carlson, Dr. – DAS/UFSC (presidente); Prof. Sylvain Fournier, Dr. – Pesquisa Operacional/WPLEX; Prof. Laio Oriel Seman, Dr. – UNIVALI; Prof. Eduardo Camponogara, Dr. – DAS/UFSC.
Título	Problemas Dinâmicos de Coleta e Entrega com Janelas de Tempo: Instâncias de Benchmark
Resumo: O problema de coleta e entrega com janelas de tempo (PDPTW – Pickup and Delivery Problem with Time Windows e o problema dial-a-ride (DARP – Dial-A-Ride Problem) dinâmicos não possuem instâncias de benchmark que sejam amplamente usadas, o que dificulta a comparação de diferentes algoritmos de solução. Por esse motivo, este trabalho tem como propósito analisar os conjuntos de instâncias de problemas PDPTW e DARP dinâmicos atualmente disponíveis para uso, assim como os métodos usados para gera-las. Como base para análise serão usadas duas medidas, grau de dinamismo e urgência, que caracterizam a distribuição dos pedidos dinâmicos das instâncias. Isto é feito com a finalidade de auxiliar a escolha de conjuntos de instâncias de interesse para teste de novos algoritmos, ou, caso necessário, a escolha de um método para geração de novas instâncias. Os resultados de análise mostram que, em sua maioria, os conjuntos estudados apresentam baixa variabilidade em suas medidas de dinamismo e urgência Isso acontece principalmente pelo método utilizado para geração das instâncias.

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Defesa de Tese de Doutorado – Rogério Antonio Casagrande – 27/8/2019

19/08/2019 15:02

*Defesa de Tese de Doutorado*
Aluno	Rogério Antonio Casagrande
Orientador	Prof. Ricardo Alexandre R. de Moraes, Dr. – PPGEAS/UFSC
Coorientador	Prof. Carlos Barros Montez, Dr. – DAS/UFSC
Data	27/8/2019 9h00 (terça-feira) Sala PPGEEL II (ao lado do teixeirão)
Banca	Prof. Ricardo Alexandre R. Moraes, Dr. – PPGEAS/UFSC (presidente); Prof. Celso Alberto Saibel Santos, Dr. – UFES; Prof. Jefferson Luiz Brum Marques, Dr. – PPGEEL/UFSC; Prof. Adão Boava, Dr. – CAC/UFSC/Blumenau; Prof. Marcelo Ricardo Stemmer, Dr. – DAS/UFSC (suplente); Prof. Luiz Affonso H. Guedes de Oliveira, Dr. – UFRN (suplente).
Título	Redes IEEE 802.15.4 para Aplicações Móveis: uma Arquitetura para Monitoramento de Grandezas Fisiológicas
Resumo: Nos últimos anos, há uma notável expansão do uso das redes de sensores sem fio (RSSF). Entre as aplicações mais comuns destacam-se aquelas relacionadas com as áreas médica, militar, agricultura, meio ambiente e, mais recentemente, na automação industrial. Esta tese de doutorado aborda, principalmente, as RSSFs aplicadas à saúde. A principal motivação é que diversos desafios tecnológicos precisam ser superados nesta área, os quais são muito similares aos encontrados na automação industrial. Dentre eles destacam-se: estruturação da rede e distribuição dos nodos, a construção de dispositivos eficientes, compactos, multifuncionais e baratos, a escalabilidade, o roteamento, além de tolerância a falhas e o consumo de energia. Além disso, outro importante aspecto está relacionado com a mobilidade, pois implica na utilização de comunicação multiponto e na troca de pontos de acessos (handoff) sem perda da qualidade de comunicação exigida pela aplicação. Estas questões abrem possibilidades de pesquisa sobre novas arquiteturas e protocolos de comunicação. Dentro deste contexto, esta tese está focada em fornecer uma arquitetura de comunicação baseada no padrão IEEE 802.15.4 que suporte a comunicação de nodos móveis em ambientes abertos, e que contemple requisitos de qualidade de serviço para, por exemplo, aplicações de monitoramento e supervisão de pacientes em reabilitação. Este trabalho tem o objetivo de implementar melhorias no mecanismo de handoff do padrão IEEE 802.15.4, possibilitando a livre movimentação de nodos móveis em uma determinada área atendida pela rede enquanto, por exemplo, os sinais fisiológicos de pacientes são monitorados. Avaliações por experimentos práticos e por simulação demonstram que o uso de novas estratégias de associação, bem como, uma adequada configuração de parâmetros da rede, melhoram significativamente a sua eficiência. As principais contribuições desta tese são: uma revisão sistemática da literatura sobre reabilitação de pacientes e as tecnologias de comunicação; um estudo e avaliação experimental sobre interferência entre redes sem fio; uma proposta e validação experimental de uma arquitetura para monitoramento de dados fisiológicos baseada no padrão IEEE 802.15.4; o desenvolvimento de um protótipo de eletromiógrafo sem fio e uma aplicação de monitoramento de sinais; uma revisão sistemática da literatura sobre o handoff e a proposição de melhorias, tanto no mecanismo de associação, quanto na configuração adequada de parâmetros do mecanismo CSMA/CA.

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Defesa de Exame de Qualificação – Cleber Jorge Amaral – 26/8/2019

19/08/2019 14:46

*Defesa de Exame de Qualificação*
Aluno	Cleber Jorge Amaral
Orientador	Prof. Jomi Fred Hübner, Dr. – DAS/UFSC
Data Local	26/8/2019 14h00 (segunda-feira) Sala PPGEAS I (piso superior)
	Prof. Fábio Luis Baldissera, Dr. – DAS/UFSC (presidente) Prof. Ricardo Azambuja Silveira, Dr. – INE/UFSC Prof. Jaime Simão Sichman, Dr. – PCS/USP
Título	GoOrg: Automated Organisation Design for Open Multi-Agent Systems
Abstract: An explicit organisational structure helps entrants in open multi-agent systems (MAS) to reason about their positions in the organisation for cooperating to achieve mutual goals. In spite of its importance, there are few studies on automatic organisation generatorsthat create explicit organisational structures. This study introduces oOrg, a proposal for automatic design of organisations. Our approachconsiders as inputs a goal decomposition tree (gdt) and user preferences. From the gdt with annotations such as necessary skills to achieve organisational goals, predicted workload and throughput, GoOrg creates roles in the form of an organisational chart. The main challenge is to define strategies to search the space of all organisational structures for those that can achieve the goals respecting constraints and taking into account user preferences. We can, for instance, prefer a flatter or a taller structure, more specialist or more generalist roles, and we can accept matrix connections or not.

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Defesa de Tese de Doutorado – Caio Merlini Giuliani – 14/8/2019

19/08/2019 14:44

*Defesa de Tese de Doutorado*
Aluno	Caio Merlini Giuliani
Orientador	Prof. Eduardo Camponogara, Dr. – DAS/UFSC
Data	14/8/2019 13h30 (quarta-feira) Sala PPGEEL II (ao lado do Teixeirão)
Banca	Prof. Eduardo Camponogara, Dr. – DAS/UFSC (presidente); Profa. Maria Aparecida Diniz Ehrhardt, Dra. – IMECC/UNICAMP; Prof. Juliano De Bem Francisco, Dr. – MTM/UFSC; Prof. Rodrigo Castelan Carlson, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Eugênio de Bona Castelan Neto, Dr – DAS/UFSC (suplente).
Título	Contributions to Derivative-Free Optimization: an Exact Penalty Method and Decompositions for Distributed Control
Abstract: This thesis tackles the problem of applying decomposition methods in the area of derivative-free optimization of static and dynamical systems. A general purpose l1-penalty method is proposed for optimization in the absence of derivatives for objective and constraints. The method performs fast in numerical experiments. Often decomposition methods for optimization employ a multilevel optimization scheme. A new algorithm is proposed to specially handle the upper-level problems. The algorithm builds second-order models to better guide the search for an optimum. Regression is used to diminish the noise caused from the inexact solution of problems on the lower levels. Some formulations are proposed for the application of decomposition methods to the area of Model Predictive Control.

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Defesa de Exame de Qualificação – Carla de Souza – 13/8/2019

19/08/2019 14:40

*Defesa de Exame de Qualificação*
Aluna	Carla de Souza
Orientador	Prof. Eugênio de Bona Castelan Neto, Dr. – DAS/UFSC
Coorientador	Prof. Valter Júnior de Souza Leite, Dr. – UFMG
Data	13/8/2019 13h30 (terça-feira) Sala PPGEAS I (piso superior)
Banca	Prof. Rodolfo Cesar Costa Flesch, Dr. – DAS/UFSC (presidente); Prof. Jeferson Vieira Flores, Dr. – DEEL/UFRGS; Prof. Daniel Ferreira Coutinho, Dr. – DAS/UFSC.
Título	An Augmented State Lyapunov Approach applied to LPV and Networked Control of Delayed Systems under Constraints
Abstract: In this work, we address the problem of input-to-state stabilization of parameter-varying (LPV) discrete-time systems with delayed states and saturating actuators. It is assumed that the time-varying delay belongs to a known interval and its maximum variation between two consecutive instants has a limited rate. We propose convex conditions for the synthesis of both state-feedback controllers and dynamic output controllers. The approach is based on the Lyapunov theory, on the rewriting of the delayed systems as an augmented delay-free switched system (Hetel et al., 2008) and on the application of the generalized sector condition to deal with the saturating actuators. To illustrate the efficiency of our approaches, we present numerical examples that are compared with other techniques of the literature. Moreover, we propose the extension of these results for the Networked Control Systems (NCS) case. The communication network has been largely used in industrial control systems due to its many advantages over traditional control systems. However, its presence can generate drawbacks that can degrade system performance, or even destabilize it. The search for more effective tools to deal with these problems has become a challenge in recent years. As the use of the approach proposed by (Hetel et al., 2008) in methodologies oriented to the systems with varying parameters and constraints is new, it is believed that its application in networked control problems may result in methodological and tool advances in this field of study.

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Guilhermo Keiji Saito – 12/8/2019

19/08/2019 14:33

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno	Guilhermo Keiji Saito
Orientador	Prof. Max Hering de Queiroz, Dr. – DAS/UFSC
Coorientador	Prof. Rodrigo Tacla Saad, Dr. – PPGEAS/UFSC
Data	12/8/2019 (segunda-feira) – 9h00 Laboratório de Automação e Informática Industrial – LAI
Banca	Prof. Max Hering de Queiroz, Dr. – DAS/UFSC (presidente); Prof. Marcelo Lopes de Lima, Dr. – CENPES/Petrobras; Prof. Jean-Marie Alexandre Farines, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Daniel Juan Pagano, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Fábio Baldissera, Dr. – DAS/UFSC.
Título	Análise de Riscos e Especificação de Requisitos de Segurança para Processos Industriais com Múltiplos Modos de Operação
Resumo: Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS) são responsáveis pela segurança de processos industriais identificando situações de risco e atuando automaticamente para levar a planta a um estado seguro. Apesar de que grande parte dos acidentes na indústria de processos ocorram durante operações transitórias, como Startup, Shutdown e transições entre modos de operação, as normas para análise de risco e especificação de SIS geralmente baseiam-se apenas num único estado de operação em regime permanente. Nesse contexto, fundamentado por trabalhos encontrados na literatura, este trabalho propõe um método de análise de riscos e especificação de SIS que considera o modelo dinâmico de estados discretos de processos com múltiplos modos de operação. Este modelo é composto pela combinação de Grafo de Estados e GRAFCET que especificam, respectivamente, a dinâmica de transição entre os modos e os procedimentos de operações transitórias. Com base neste modelo, propôs-se uma abordagem sistemática da técnica HAZOP para a identificação de riscos provocados por desvios de variáveis de processo de cada modo de operação da planta e da técnica What-if para avaliação de riscos presentes nas operações transitórias. A partir dos cenários de risco descobertos por essa abordagem, são determinadas Funções Instrumentadas de Segurança (SIFs) que, conforme o método proposto neste trabalho, são especificadas em Matrizes Causa e Efeito (MCEs) específicas de cada modo de operação do processo. Para ilustração e avaliação do método proposto, foi realizado uma aplicação na Unidade de Experimentação de Escoamento Multifásico (UEEM) do DAS-UFSC. Os resultados do estudo de caso indicam que, por meio de uma abordagem estruturada, sistemática e objetiva, o método permite a identificação de riscos e especificações claras de funções de segurança para todos os modos de operação do processo.

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Defesa de Exame de Qualificação – Bernardo Barancelli Schwedersky – 8/8/2019

19/08/2019 14:31

*Defesa de Exame de Qualificação*
Aluno	Bernardo Barancelli Schwedersky
Orientador	Prof. Rodolfo Cesar Costa Flesch, Dr. – DAS/UFSC
Data Local	8/8/2019 14h00 (quinta-feira) Sala PPGEAS I (piso superior)
	Prof. Daniel Martins Lima, Dr. – PPGEAS/UFSC (presidente); Prof. Mauro Roisenberg, Dr. – INE/UFSC; Prof. Ademar Gonçaves da Costa Júnior, Dr. – IFPB.
Título	Controle Preditivo Não Linear Prático com Modelos Identificados por Redes Neurais Recorrentes
Resumo: Este trabalho propõe abordagens práticas de controle preditivo não linear (NMPC) com modelos obtidos por meio de redes neurais recorrentes (RNN). Em tais abordagens, o modelo não linear da RNN é utilizado para a obtenção de uma predição da resposta livre do sistema, enquanto uma versão linearizada do modelo neural é utilizada para obtenção de uma aproximação local da resposta ao degrau do sistema, com a qual é obtida a matriz de dinâmica do sistema a cada período de amostragem. Foram feitas duas propostas de controlador, uma com redes de estado de eco e outra com redes com memória de longo-curto prazo. Os controladores propostos foram avaliados em um estudo de caso de simulação de neutralização de pH e em um estudo de caso experimental de pressões em uma bancada de ensaio de compressores de refrigeração. Em ambos os casos, a abordagem de controle proposta apresentou resultados em malha fechada melhores que os obtidos com abordagens de MPC linear e NMPC prático com modelos Hammerstein. Apesar dos melhores resultados em malha fechada, o algoritmo proposto é computacionalmente eficiente, o que permite sua aplicação em processos com dinâmicas da ordem de milissegundos. A principal contribuição da proposta é que ela permite aplicar uma técnica NMPC computacionalmente eficiente com modelos de fácil obtenção e grande generalidade em processos não lineares cuja modelagem fenomenológica é de difícil obtenção ou economicamente inviável.

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Alexandre Alvarenga de Oliveira Monteiro – 8/8/2019

19/08/2019 14:29

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno	Alexandre Alvarenga de Oliveira Monteiro
Orientador	Prof. Marcelo Ricardo Stemmer, Dr. – DAS/UFSC
Data	8/8/2019 (quinta-feira) – 14h00 Sala PPGEAS II (piso inferior)
Banca	Prof. Marcelo Ricardo Stemmer, Dr. – DAS/UFSC (presidente); Prof. Tiago Loureiro Figaro da Costa Pinto, Dr. –EMC/UFSC; Prof. Jomi Fred Hübner, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Antonio Carlos Sobiersanski, Dr. – EMC/UFSC.
Título	Segmentação e Identificação de Cultivo e Espécies Invasivas em Imagens Aereas utilizando Redes Neurais Convolucionais
Resumo: É notório o aumento do uso de Redes Neurais Convolucionais em diversas aplicações. Estas Redes vêm sendo usadas em larga escala para identificação, classificação e segmentação de objetos em imagens, o que é aplicado em áreas como agricultura, carros autônomos, em sistemas de vigilância, entre outros. Neste trabalho, nove modelos estado-da-arte de Redes Neurais são aplicados na tarefa de segmentação semântica dos pixels de uma imagem RGB (canais de entrada pertencentes ao espectro de luz visível) aérea de um talhão de uma cultura agrícola de cana-de-açúcar captada por um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT). A principal investigação feita no trabalho é verificar se tais imagens proveem informações suficientes para as Redes Neuras segmentarem de forma satisfatória, bem como qual dos modelos treinados gera os melhores resultados. Os pixels das imagens são classificados entre as classes: planta, solo, espécie invasiva e fundo. Os resultados são apresentados e comparados quantitativamente e qualitativamente. Os mapas de segmentação gerados nas saídas dos modelos, em que as classes são explicitamente separadas podem ser utilizados posteriormente em aplicações práticas de Agricultura de Precisão, como monitoramento local de plantas invasoras, se tornando peça chave na melhoria da produção agrícola. Apesar da dificuldade de se criar um conjunto de dados robusuto e realizar o ground truth das imagens, mostra-se que a técnica gera bons resultados, atingindo valores de F1-Score de 96% e mean IoU de 82%. Esses resultados são melhores do que os resultados relatados anteriormente na literatura, mesmo aqueles que usam espaços de cores especiais e faixas de espectro de luz aprimoradas.

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Jean Panaioti Jordanou – 1/8/2019

19/08/2019 14:26

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno	Jean Panaioti Jordanou
Orientador	Prof. Eduardo Camponogara, Dr. – DAS/UFSC
Coorientador	Prof. Eric Aislan Antonelo, Dr. – UEM
Data	1/8/2019 (quinta-feira) – 8h30 Sala PPGEAS I (piso superior)
Banca	Prof. Eduardo Camponogara, Dr. – DAS/UFSC (presidente); Prof. Leandro dos Santos Coelho, Dr. –PUCPR; Prof. Rodolfo Cesar Costa Flesch, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Gustavo Artur de Andrade, Dr. – DAS/UFSC.
Título	Echo State Networks for Online Learning Control and MPC of Unknown Dynamic Systems: application in Control of Oil Wells
Abstract: As technology advances over time, data-driven approaches become more relevant in many fields of both academia and industry, including process control. One important kind of process that benefits from data-driven modeling and control is oil and gas production, as the reservoir conditions and multiphase flow composition are not entirely known and thus hindering the synthesis of an exact physical model. With that in mind, we apply control strategies utilizing Echo State Networks (ESN) in an oil and gas production plant model. In the first application, we use an ESN to obtain online the inverse model of a system where two gas-lifted oil wells and a riser are connected by a friction-less manifold, and use the resulting model to compute a set-point tracking control action. We successfully perform setpoint tracking in three different combinations of input and output variables for the production system, some multivariate. In the second method, we train an ESN to serve as the model for a Practical Nonlinear Model Predictive Control (PNMPC) framework, whereby the ESN provides the free response by forward simulation and the forced response by linearization of the nonlinear model. The ESN is an analytical model, thus the gradients are easily provided for the linearization. The ESN-PNMPC setup succesfully performs reference tracking of a gas-lifted oil well bottom-hole pressure, while avoiding operational constraints such as saturation, rate limiting, and bounds on the well top-side pressure. This work contributes to the literature by showing that these two ESN-based control strategies are effective in complex dynamic systems, such as the oil and gas plant models, and also as a proof of concept for the ESN-PNMPC framework.

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Defesa de Exame de Qualificação – Ray Neiheiser – 22/7/2019

19/08/2019 14:22

*Defesa de Exame de Qualificação*
Aluno	Ray Neiheiser
Orientador	Prof. Joni da Silva Fraga, Dr. – DAS/UFSC
Coorientadora	Profa. Luciana Rech, Dra. – INE/UFSC
Data	22/7/2019 9h00 (segunda-feira) Sala PPGEAS I (piso superior)
Banca	Prof. Carlos Barros Montez, Dr. – DAS/UFSC (presidente); Prof. Raimundo José de Araújo Macedo, Dr. – UFBA ; Prof. Miguel Correia, Dr. – INESC-ID/Lisboa; Prof. Frank Siqueira, Dr. – INE/UFSC (suplente).
Título	Resilient and Efficient Frameworks for Blockchains
Abstract: Due to the recent rise of interest in distributed ledger technology and blockchain applications the field of byzantine fault tolerance received additional attention. Novel algorithms as Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS) and hybrid algorithms have been developed to cope with the openness of these systems. Nonetheless, these systems either do not scale very well with the number of servers, or don’t scale very well in terms of throughput. Traditional solutions from the field of byzantine fault tolerance like Stewart or Fireplug scale well in terms of throughput and numbers of servers but do not deal with the openness of the systems. This leaves a number of open problems to solve which we aim to tackle in the course of this P.h.D thesis. The blockchain also spurred academic interest to solve issues in a wide range of applications in the ﬁelds of economy, sociology, politics, biology, etc. In this context we plan to investigate how we can solve real world problems by applying solutions involving distributed ledger technology including cryptocurrencies and smart contracts. Nonetheless, while it is possible to solve numerous real world problems by applying the blockchain and distributed ledger technology to it, the resulting immutability is a problem in the face of laws which guarantee the right to be forgotten of the users. Based on that we plan on investigating different approaches which could be used to guarantee the immutability of the chain on one hand, but also allow people to be forgotten after a fixed period of time.

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