Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Rodrigo da Silva Gesser – 05/07/2018

05/07/2018 17:22

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno	Rodrigo da Silva Gesser
Orientador Coorientador	Prof. Julio Elias Normey-Rico, Dr. – DAS/UFSC Prof. Daniel Martins Lima, Dr. – DAS/UFSC
Data	05/07/2018 (quinta-feira) – 13h30 Sala PPGEAS I (piso superior)
Banca	Prof. Julio Elias Normey-Rico, Dr. – Presidente – DAS/UFSC; Prof. Marcelo Lopes de Lima, Dr. – Petrobras; Prof. Alexandre Trofino Neto, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Gustavo Arthur de Andrade, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Paulo Renato da Costa Mendes, Dr. – DAS/UFSC (suplente).
Título	Robust Model Predictive Control: a Comparative Study considering Implementation Issues
Abstract: Robust Model Predictive Control (RMPC) is related to a variety of methods designed to guarantee control performance using optimization algorithms while considering systems with uncertainties. Many RMPC methods were created with different formulations, however there is lack of studies comparing their performances using pre-established metrics. Thus, the objective of this work is to analyze and compare different RMPC methods for different systems. The methods are sorted by Min-max RMPC, Tube-based RMPC, LMI-based RMPC and Cost-contractive RMPC, which were carefully chosen based on their relevance in the current literature. The metrics used to compare the methods are separated in off-line, related to configuration of the controller prior to its use, and on-line, which are related to the computational cost of the algorithm and difficulties that may arise during its application. Firstly, it is realized a thorough comparison of the RMPC methods for SISO systems, observing the behavior of the algorithms for distinct scenarios. Then, the RMPC methods are analyzed for a MIMO case study, the Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR), using a realistic non-linear model of the process.

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Adriano Silva Martins Brandão – 04/07/2018

04/07/2018 17:22

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno	Adriano Silva Martins Brandão
Orientador Coorientador Coorientador	Prof. Julio Elias Normey-Rico, Dr. – DAS/UFSC Prof. Daniel Martins Lima, Dr. – DAS/UFSC Prof. Marcus Americano da Costa Filho, Dr. – UFBA
Data	04/07/2018 (quarta-feira) – 14h00 Sala PPGEAS I (piso superior)
Banca	Prof. Julio Elias Normey-Rico, Dr. – Presidente – DAS/UFSC; Prof. Douglas Wildgrube Bertol, Dr. – CCT/UDESC; Prof. Leandro Buss Becker, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Gustavo Arthur de Andrade, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Eugênio de Bona Castelan Neto, Dr. – DAS/UFSC (suplente).
Título	Controle Preditivo Rápido com Geração de Código: um estudo comparativo
Resumo: Os algoritmos de controle preditivo têm uma grande aceitação na indústria de processos devido à capacidade de lidar com sistemas multivariados e com restrições. A presença de restrições eleva muito o custo computacional da resolução destes problemas, o que motivou muitos trabalhos nos últimos anos a elaborar ferramentas de geração automática de código para aplicações MPC. Esses desenvolvimentos possibilitam a execução de controladores avançados em sistemas embarcados de baixo custo, que são cada vez mais aplicáveis a processos industriais devido aos avanços no desenvolvimento dos dispositivos da Internet das Coisas (IoT). Apesar de que na literatura há várias bibliotecas para a implementação de MPC embarcado, não existem muitos estudos comparativos, o que dificulta a escolha da mais adequada a uma dada aplicação. O presente trabalho visa comparar cinco dessas bibliotecas: (i) o CVXGEN, que possui uma ferramenta flexível para definição do problema de otimização; (ii) o FalcOpt, que permite a utilização de modelos não-lineares no controlador; (iii) o muAO-MPC, que gera código projetado para ser executado em microcontroladores; (iv) QPgen, que implementa um algoritmo para resolver problemas de programação quadrática; e (v) o FiOrdOs, que gera código para resolver problemas de programação quadrática nos quais qualquer parâmetro pode ser alterado durante a utilização do código. Além disso, são elencadas vantagens e desvantagens de algumas dessas ferramentas, além de apresentados resultados de testes realizados num sistema embarcado. Ao final deste trabalho são apresentados os desempenhos de cada ferramenta apresentadas sugestões de usos e restrições para aplicações.

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Danilo Giacomin Schneider – 14/06/2018

14/06/2018 17:21

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno	Danilo Giacomin Schneider
Orientador		Prof. Marcelo Ricardo Stemmer, Dr. – DAS/UFSC
Data	14/06/2018 (quinta-feira) – 09h00 Sala PPGEAS II (piso inferior)
Banca	Prof. Marcelo Ricardo Stemmer, Dr. – Presidente – DAS/UFSC; Prof. Maurício Edgar Stivanello, Dr. – IFSC; Prof. Ubirajara Franco Moreno, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Tiago Loureiro Figaro da Costa Pinto, Dr. – EMC/UFSC.
Título	Sistema de Localização e Mapeamento 3D Simultâneos em Robôs Móveis: Fusão de Sensores para Localização com Filtro de Kalman Estendido
Resumo: Para que um robô seja inteiramente autônomo ele precisa de alguma forma de representação do ambiente no qual ele está presente, assim como a sua localização em relação a este ambiente. Localizar-se com precisão e construir um mapa do ambiente permite que o robô possa alcançar metas pré-determinadas. A localização é uma das tarefas mais importantes para a navegação autônoma de robôs móveis, onde robustez e precisão são características fundamentais. Essa tarefa baseia-se no mapa do seu ambiente. Em contrapartida, a construção do mapa do ambiente depende da localização precisa do robô móvel. Em ambientes desconhecidos este é um processo conflitante, mas correlacionado. A introdução de sistemas de visão computacional em robôs móveis significa um aumento expressivo em suas habilidades sensoriais, o que implica em uma maior versatilidade e segurança nas aplicações do robô. Técnicas probabilísticas podem ser usadas em robótica para correção dos eventuais erros dos sensores, assim como técnicas de fusão temporal e fusão multissensorial. Este trabalho apresenta a implementação, através do ROS, de um Filtro de Kalman Estendido para a fusão de três fontes de sensoriamento diferentes e estimar a posição e orientação do robô de forma mais robusta, precisa e, consequentemente, realizar um mapeamento também mais fiel do ambiente em 3D, com registro na forma de nuvem de pontos, obtida através das imagens de cor e profundidade de uma câmera Kinect acoplada ao robô.

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Feres Azevedo Salem – 13/06/2018

13/06/2018 17:20

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno	Feres Azevedo Salem
Orientador Coorientador		Prof. Ubirajara Franco Moreno, Dr. – DAS/UFSC Prof. Eugênio de Bona Castelan Neto, Dr. – DAS/UFSC
Data	13/06/2018 (quarta-feira) – 13h30 Sala PPGEAS II (piso inferior)
Banca	Prof. Ubirajara Franco Moreno, Dr. – Presidente – DAS/UFSC; Prof. Carlos Eduardo Trabuco Dórea, Dr. – DCA/UFRN; Prof. Adão Boava, Dr. – BNU/UFSC; Prof. Daniel Ferreira Coutinho, Dr. – DAS/UFSC.
Título	Filtro de Kalman Distribuído como Estratégia de Consenso em Problemas de Rendez-Vous de Times Robóticos
Resumo: Rendez-vous é uma tarefa cooperativa comum para times de robôs móveis, tratando-se de um problema amplamente estudado na literatura, de modo que pesquisas recentes sugerem abordagens distribuídas para a sua solução. Seguindo essa tendência, propõe-se uma técnica distribuída para que os membros de um time robótico atinjam o rendez-vous usando as informações a respeito de suas posições, mesmo que essas estejam sujeitas a altos níveis de ruído. Para isso, os robôs usam um filtro de Kalman na forma de informação, executado de maneira distribuída e utilizando um algoritmo de consenso para realizar a fusão dos dados de seus vizinhos. Diversas simulações foram realizadas e a discussão dos resultados é apresentada com objetivo de analisar a convergência do algoritmo proposto. Além disso, uma análise comparativa foi feita em relação à duas técnicas encontradas na literatura, sendo que uma trata-se de um algoritmo básico de consenso e a outra é baseada em controle preditivo. Nessas comparações, analisou-se a convergência dos algoritmos, o esforço de controle, o erro em relação ao ponto de rendez-vous e o custo computacional. Os resultados foram promissores, o que indica a técnica proposta como uma alternativa viável para a solução do problema de rendez-vous de times robóticos, mediante ruídos nas medições.

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Felippe Schmoeller da Roza – 11/06/2018

11/06/2018 17:20

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno	Felippe Schmoeller da Roza
Orientador Coorientador		Prof. Alexandre Trofino Neto, Dr. – DAS/UFSC Prof. Ivo Barbi, Dr. – PPGEAS/UFSC
Data	11/06/2018 (segunda-feira) – 14h00 Sala PPGEAS II (piso inferior)
Banca	Prof. Alexandre Trofino Neto, Dr. – Presidente – DAS/UFSC; Prof. Carlos Illa Font, Dr. – UTFPR; Prof. Daniel Juan Pagano, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Marcelo de Lellis Costa de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC.
Título	A Small Wind Turbine Design for Supplying Energy to the On-Board Control Unit of an Awe System
Abstract: This master thesis deals with the design of a wind power system devel- oped to provide energy to the control pod of a pumping kite system, one of the most popular AWE (Airborne Wind Energy) configurations so far. The control pod is the unit responsible for manipulating the airfoil steer tethers in order to control its flight. Having a system to charge the batteries embedded into the control pod is still one of the challenges that withstands against this technology to become a com- mercially viable product. Such charging system would allow to build a pumping kite prototype that can operate continuously and perform long term experiments to attest its robustness. This work presents the design of all elements used to build the developed wind turbine, begin- ning with the rotor, the element that converts the wind kinetic energy into mechanical energy, the generator, responsible for converting the mechanical energy into electric power, the rectifier and the DC-DC converter, respectively responsible to rectify the generator three-phase sinusoidal output voltage into DC voltage and control the rectified volt- age, a battery storage system and the sensors needed to operate the system. Besides that, three maximum power point tracking (MPPT) methods are shown: optimal tip-speed ratio control (OTSR), power signal feedback (PSF) and perturb and observe (P&O). This work also deals with the design of further elements necessary to the experimen- tal tests realization, such as an acquisition board used to measure the most important quantities and implement the converter control. To al- low the realization of simulation tests a method that uses experimental data and the least squares algorithm to model the rotor is proposed. Methods to model the other system components are also discussed. OTSR and PSF MPPT methods were evaluated by using simulation models. Experiments with the built prototype were conducted in a wind tunnel and experimental results obtained with the P&O MPPT method are presented.

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Mauro Trindade Saito – 04/06/2018

04/06/2018 17:19

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno	Mauro Trindade Saito
Orientador		Prof. Daniel Juan Pagano, Dr. – DAS/UFSC
Data	04/06/2018 (segunda-feira) – 14h00 Sala PPGEAS II (piso inferior)
Banca	Prof. Daniel Juan Pagano, Dr. – Presidente – DAS/UFSC; Prof. Carlos Illa Font, Dr. – UTFPR; Prof. Ivo Barbi, Dr. – PPGEAS/UFSC; Prof. Marcelo de Lellis Costa de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC.
Título	Controle de Microconversores para Otimização de Potência em Sistemas Distribuídos Fotovoltaicos
Resumo: A tecnologia fotovoltaica no contexto mundial é uma das fontes alternativas de energia renovável que vêm sendo amplamente explorada. Uma das tendências na tecnologia fotovoltaica é a utilização de microconversores ou microinversores integrados nos próprios módulos fotovoltaicos, permitindo desta maneira uma otimização local da energia gerada. Estes microconversores apresentam topologias que visam otimizar o processamento da energia fotovoltaica, como também o aumento da eficiência do sistema. Tipicamente as topologias fotovoltaicas que visam essa otimização são baseadas em um sistema distribuído, constituído por diversos módulos fotovoltaicos integrados com seus respectivos microconversores. Uma das possíveis arquiteturas físicas é a topologia de conexão em série entre os módulos fotovoltaicos com microconversores, sem a necessidade de utilizar sinais de comunicação entre eles. O controle por realimentação linearizante é uma das alternativas de controle para microconversores neste tipo de conexão, pois apresenta maior robustez se comparados a controladores projetados baseados nos modelos linearizados, além de fornecer uma técnica de controle mais simplificada que otimiza o funcionamento do sistema garantindo a sua estabilidade. O objetivo deste trabalho é desenvolver um controlador não linear utilizando a técnica de realimentação linearizante entrada/saída para controle dos microconversores integrados aos módulos fotovoltaicos de um sistema distribuído de geração fotovoltaica.

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Christiano Freire Barbosa – 16/05/2018

16/05/2018 17:19

Defesa de Dissertação de Mestrado
Aluno(a)	Christiano Freire Barbosa
Orientador		Prof. Rômulo Silva de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC
Data	16/05/2018 (quarta-feira) – 09h00 Sala PPGEAS II (piso inferior)
Banca	Prof. Rômulo Silva de Oliveira, Dr. – Presidente – DAS/UFSC; Profa. Patrícia Della Méa Plentz, Dra. – INE/UFSC; Prof. Cristian Koliver, Dr. – INE/UFSC; Prof. Marcelo Ricardo Stemmer, Dr. – DAS/UFSC.
Título	Método para Medição de Tempos em Operações UPC UA no Acesso a Dados de Tempo Real de um Sistema de Automação
Resumo: A modernização de um sistema de automação industrial pela utilização do padrão OPC UA na comunicação entre os seus dispositivos, requer atenção no que diz respeito aos impactos deste padrão no desempenho de operações de acesso a dados de tempo real desse sistema. A tecnologia OPC UA introduz uma infraestrutura de software complexa às aplicações industriais, que pode impactar no desempenho geral da comunicação entre seus dispositivos. Medir os tempos envolvidos nessas operações é o caminho para avaliar a aplicabilidade da tecnologia OPC UA em sistemas com restrições temporais flexíveis. O objetivo deste trabalho é desenvolver um método que permita a medição de tempos envolvidos nas operações OPC UA, no acesso a dados de tempo de real de uma variável de processo em um sistema de automação industrial, e aplicar o método desenvolvido em uma configuração de teste.

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Marcelo Sousa Menegol – 13/04/2018

13/04/2018 17:18

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno(a)	Marcelo Sousa Menegol
Orientador Coorientador		Prof. Jomi Fred Hübner, Dr. – DAS/UFSC Prof. Leandro Buss Becker, Dr. – DAS/UFSC
Data	13/04/2018 (sexta-feira) – 09h30 Sala PPGEAS II (piso inferior)
Banca	Prof. Jomi Fred Hübner, Dr. – Presidente – DAS/UFSC; Prof. Guilherme Vianna Raffo, Dr. – UFMG; Prof. Felippe Meneguzzi, Dr. – PUCRS; Prof. Ubirajara Franco Moreno, Dr. – DAS/UFSC;
Título	Multi-Agent Coordination Applied to UAVS
Abstract: Efforts have already been made to embed agents and agent- oriented technology into robots and other systems. For this purpose, many architectures and frameworks have been developed to allow soft- ware agents to interact properly with hardware components of theses systems. However, few proposals have evaluated a system where multiple agents are involved and require coordination. This dissertation com- pares the multi-agent systems approach, with a multi-agent-oriented programming language, against a more standard approach, with imperative programming, in the development of embedded systems that re- quire coordination. The experiments were performed using unmanned aerial vehicles (UAV) with embedded BDI agents. An agent-hardware integration middle-ware was developed to interface the software agents with the UAV’s hardware. This middle-ware was tested on a real UAV. Two experiments designed to test the coordination were performed: one simples, to test the basic functionalities of the strategy, and another more complex, simulating a cooperative search and rescue mission. These two experiments were implemented and evaluated with hardware-in-the-loop.

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Defesa de Exame de Qualificação – Seyed Jamalaldin Haddadi – 13/04/2018

13/04/2018 17:17

*Defesa de Exame de Qualificação*
Aluno	Seyed Jamalaldin Haddadi
Orientador	Prof. Eugênio de Bona Castelan Neto, Dr. – DAS/UFSC
Data Local	13/04/2018 13h30 (sexta-feira) Sala PPGEAS II (piso superior)
	Prof. Leandro Buss Becker, Dr. – DAS/UFSC (presidente) Prof. Guilherme Vianna Raffo, Dr. – UFMG Prof. Henrique Simas, Dr. – EMC/UFSC Prof. Fábio Luis Baldissera, Dr. – DAS/UFSC (suplente)
Título	Pose Estimation and Indoor Navigation of Quad Rotors using ORB-SLAM
Abstract: This study addresses the problem of pose estimation with accuracy for Low-Cost Quadrotor using visual odometry and sensor data fusion and also its use for making autonomous indoor navigation in a known GPS-denied environment. For pose estimation, two kinds of modules are employed: i) a Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) system with Oriented Fast and rotated BRIEF (ORB) features, also known as ORB_SLAM; and ii) an Extended Kalamn Filter (EKF) that is applied for combining the obtained pose from ORB_SLAM and Inertial Measurement Unit (IMU). Since the SLAM process is done by the frontal monocular camera of Quadrotor, developing scale estimation in order to calculate the scale of map with minimum error is necessary. In the present stage of this work, a proportional Integral Derivative (PID) controller law is utilized to conduct the maneuver of robot. Also to perform the practical experiments, measured data are sent via Wi-Fi to a ground station in order to perform the data processing. To show the performance of the proposed algorithm, two experiments are carried out using an AR-Drone 2.0 quadrotor. The first one is position holding that shows the robustness of estimated position of system in hovering situation after take-off and the second one is an indoor trajectory tracking that illustrates the difference between real position and estimated position. The goal of this study is to show the validity of the present work and also showing some of its drawbacks and challenges to overcome.

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Defesa de Dissertação de Mestrado – Leonardo Gobbi Lopez – 28/03/2018

28/03/2018 17:17

*Defesa de Dissertação de Mestrado*
Aluno(a)	Leonardo Gobbi Lopez
Orientador		Prof. Julio Elias Normey-Rico, Dr. – DAS/UFSC
Data	28/03/2018 (quarta-feira) – 13h30 Sala PPGEAS II (piso inferior)
Banca	Prof. Julio Elias Normey-Rico, Dr. – Presidente – DAS/UFSC; Prof. Marcelo Lobo, Dr. – EEL/UFSC; Prof. Marcelo de Lellis Costa de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Paulo Costa Mendes, Dr. – DAS/UFSC; Prof. Alexandre Trofino Neto, Dr. – DAS/UFSC (suplente).
Título	Practical Nonlinear Model Predictive Control of a 5 MW Wind Turbine
Abstract: The device that harvests energy from the wind is called wind turbine. It is a growing market for renewable energy being the one that must grew in recent years. In search of better efficiency control algorithms have been sought to obtain higher energy conversion to electric and less fatigue to the wind turbine’s tower. Model Predictive Controllers (MPC) have shown benefits when implemented in a wind turbine, therefore a novel predictive technique called Practical Nonlinear Predictive Controller (PNMPC) is used in this work to be a middle ground from linear and nonlinear predictive controllers. The turbine controlled in this work is the NREL 5 MW onshore wind turbine using the FAST simulator with MATLAB / Simulinktextregistered. The PNMPC algorithm uses similar ideas as Generalized Predictive Controller (GPC) and Dynamic Matrix Controller (DMC), but uses an internal model linearization at each sampling time around the present operational point. To apply the PNMPC in the wind turbine a mathematical model, wind estimator and a Luenberger observer were implemented and showed good results. All peculiarities of the wind turbine are addressed as well as the controller details. The PNMPC’s performance is compared to a baseline controller and other PNMPC’s variations. The baseline controller outperformed the PNMPC for low wind speeds, but it was inferior in high wind speeds scenarios. In high winds the PNMPC kept a tighter electric power capture with less fatigue loads to the tower.

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