Neste trabalho, investiga-se a aplicação do Método dos Momentos (MoM) no estudo do comportamento transitório de aterramentos elétricos, submetidos a excitações impulsivas, como as resultantes de descargas atmosféricas. São discutidas metodologias de modelagem eletromagnética de aterramentos que utilizam o MoM, como os modelos propostos por L. Grcev e outros pesquisadores ao longo da década de 1990, além dos métodos Partial Equivalent Element Circuit (PEEC) e o Hybrid Electromagnetic Model (HEM). Ressalta-se que, durante o desenvolvimento deste trabalho, houve um esforço em explicar o HEM como uma simplificação do PEEC. Esses métodos diferem principalmente nas metodologias de discretização (ou segmentação) e na utilização da aproximação thin-wire no HEM, enquanto o PEEC é mais genérico. Os resultados indicam que o uso de funções do tipo piecewise linear reduz a eficiência computacional, mas proporciona maior exatidão, especialmente em discretizações mais grosseiras, quando comparado aos resultados obtidos com funções piecewise constant sob as mesmas condições de discretização. Para compensar o maior tempo computacional exigido pelas funções piecewise linear, propõe-se o uso de regras de simetria geométrica no cálculo das matrizes de impedância.

A expansão do uso de sistemas fotovoltaicos e de geração distribuída (GD) tem provocado transformações importantes na dinâmica operacional dos sistemas de distribuição de energia elétrica (SDEE), com impactos mais evidentes em redes radiais. Essa evolução tecnológica impõe a necessidade de desenvolver estratégias inovadoras para enfrentar os desafios decorrentes da alta penetração de fontes renováveis, como a intensificação do desequilíbrio de tensão e o aumento de perdas elétricas. Neste contexto, o presente trabalho apresenta três abordagens multiobjetivo voltadas para a otimização da operação de GDs despacháveis, e inversores inteligentes de sistemas fotovoltaicos, visando aprimorar o desempenho e a qualidade da energia das redes elétricas de distribuição. Inicialmente, foram implementados métodos de otimização baseados em NSGA-II e MOPSO, além de um método matemático utilizando pontos interiores com -Restrito, com o objetivo de minimizar perdas ativas, reduzir desequilíbrios de tensão e melhorar a qualidade geral da rede elétrica. Essas metodologias foram aplicadas nos sistemas de teste IEEE de 123 e 34 barras, considerando diferentes cenários operacionais. As estratégias de controle incluem a utilização de inversores inteligentes com funcionalidades avançadas, como controle Volt-var, otimizando a interação entre os sistemas fotovoltaicos e a rede de distribuição. Ressalta-se que os softwares OpenDSS e Pycharm usando a linguagem Python foram selecionados para estruturar as metaheurísticas e calcular o fluxo de potência devido às suas capacidades de comunicação externa. Os resultados obtidos mostram que as abordagens multiobjetivo são eficazes para lidar com os desafios operacionais de redes elétricas modernas com alta penetração de fontes renováveis. As soluções desenvolvidas destacam-se por integrar controle de tensão, otimizando o desempenho dos sistemas de geração distribuída e proporcionando maior flexibilidade e qualidade na operação.

Este trabalho apresenta uma metodologia de fluxo de potência ótimo probabilístico em microrredes de corrente contínua utilizando a Transformação Unscented. O objetivo é minimizar as perdas de potência ativa ajustando o despacho das unidades de geração distribuída, respeitando os limites operacionais de tensão. A metodologia foi testada em microrredes de corrente contínua de 10 e 33 barras, sendo as incertezas modeladas utilizando a distribuição normal. Adicionalmente, foi utilizada uma curva de carga horária com dados de 24 horas para o sistema de 33 barras. O método proposto demonstrou alta precisão e eficiência computacional, especialmente quando comparado aos resultados obtidos através da Simulação Monte Carlo.

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para o cálculo de taxas de desempenho de linhas aéreas de energia elétrica frente à incidência de descargas atmosféricas, utilizando uma abordagem probabilística baseada no método Unscented Transform. A proposta desta ferramenta surge como uma alternativa ao método de Monte Carlo, tradicionalmente empregado neste tipo de análise. Enquanto o método de Monte Carlo depende da amostragem massiva e aleatória das variáveis de entrada para gerar estimativas confiáveis, a Unscented Transform possibilita a propagação da incerteza dessas variáveis através dos modelos numéricos, utilizando um número reduzido de amostras ponderadas, conhecidas como pontos sigma. Isso torna a Unscented Transform uma alternativa computacionalmente mais eficiente. A aplicação da Unscented Transform no cálculo das taxas de desempenho é combinada com o Método dos Momentos para a reconstrução das distribuições de probabilidade das variáveis de saída. Além disso, são desenvolvidas metodologias para considerar os modelos de disrupção descritos pelo método da curva Vxt e pelo método do Efeito Disruptivo, assim como para a utilização do modelo Eletrogeométrico. As modelagens e simulações dos transitórios eletromagnéticos utilizam os softwares ATP e LIGHT-PESTO para linhas de transmissão e distribuição, respectivamente. Os resultados das metodologias desenvolvidas utilizando a Unscented Transform confirmam a acurácia e eficiência computacional na estimativa de taxas de desempenho para diferentes configurações de linhas aéreas em comparação ao método de Monte Carlo.

A crescente demanda por fontes de energia sustentáveis e a necessidade de reduzir a dependência de combustíveis fósseis têm impulsionado o desenvolvimento de sistemas solares fotovoltaicos. No entanto, a eficiência desses sistemas depende em grande parte da capacidade de rastrear o ponto de máxima potência, onde a conversão de energia solar em eletricidade é maximizada. O rastreamento do ponto de máxima potência é uma tarefa desafiadora, pois envolve a busca por um ponto específico em uma curva característica de potência. Tradicionalmente, várias técnicas foram  desenvolvidas buscando otimizar o desempenho dos sistemas fotovoltaicos, no entanto, uma das limitações enfrentadas pelas técnicas de MPPT é o tempo de rastreamento necessário para encontrar o ponto de máxima potência. Um tempo de rastreamento prolongado resulta em perda de eficiência e aproveitamento inadequado da energia solar disponível. Nesse contexto, esta dissertação apresenta uma estratégia inovadora para acelerar as técnicas de rastreio, visando reduzir o tempo necessário para encontrar o ponto de máxima potência. O desenvolvimento dessa estratégia de aceleração do rastreamento representa um avanço significativo na área de sistemas fotovoltaicos. Os resultados obtidos com a implementação dessa metodologia podem contribuir para aprimorar o desempenho e a eficiência dos sistemas solares fotovoltaicos, facilitando sua adoção em larga escala como uma fonte de energia limpa e renovável.

Este trabalho apresenta um Fluxo de Potência Trifásico Probabilístico baseado na Transformação Unscented e no uso do software OpenDSS, considerando a incerteza das cargas e da irradiância solar. A utilização da Transformação Unscented permite a redução do número de amostras das variáveis incertas. O uso do OpenDSS, software livre, permite maior flexibilidade na modelagem da rede de distribuição desequilibrada. A ferramenta desenvolvida é utilizada para avaliar o efeito do controle Volt/Var dos inversores, que conectam os sistemas fotovoltaicos aos sistemas de distribuição. Os resultados obtidos para um sistema de 13 barras são comparados com aqueles providos pela Simulação Monte Carlo, permitindo a redução expressiva do esforço computacional e mantendo a precisão das variáveis estatísticas estimadas.

A máquina de indução multifásica reúne algumas vantagens em relação a máquina trifásica, dentre as quais destacam-se: tolerância a falhas; possibilidade de ganho de torque através da injeção de correntes harmônicas; e a sua aplicabilidade a acionamentos de elevada potência. Tais características são de interesse de projetos de acionamentos destinados ao setor industrial. O presente trabalho tem como objetivo verificar a viabilidade de máquinas multifásicas por meio de análises comparativas entre uma máquina de nove fases e uma máquina trifásica. Para tal, serão apresentados os dimensionamentos de material ferromagnético e condutor aplicado no projeto de cada máquina. Serão avaliados os cabos para os circuitos de alimentação e os semicondutores aplicados em eventuais drives para acionamento de cada máquina. Também serão apresentadas análises de um acionamento multifásico frente as soluções comumente empregadas em aplicações industriais de elevada potência

O método Grafos de Quantis (QG) é uma técnica promissora para o mapeamento de séries
temporais em redes complexas. O método QG utiliza estatísticas em redes complexas para a
caracterização de séries temporais e vice-versa. Além do método ser de fácil implementação
e baixo custo computacional, o mesmo possui apenas um parâmetro livre. As séries temporais
utilizadas como dados de entrada do método são obtidas por meio de simulações ou medições
de sistemas reais, portanto, essas séries possuem incertezas. Entretanto, na literatura conhecida,
não há trabalhos que considerem incertezas nos dados. Contudo, as incertezas podem impactar
sensivelmente os parâmetros e estruturas do modelo, resultando em alterações na topologia
da rede construída. Portanto, é relevante considerar as incertezas no método QG. Com base
nessa observação, o objetivo deste trabalho foi analisar os efeitos causados pelas incertezas
presentes nas séries temporais, e determinar o impacto dessas mudanças na topologia e no
comportamento das redes associadas. O impacto causado pelas incertezas é determinado pela
mudança nos quantis e utilizando método de Monte Carlo. Os resultados obtidos apresentam
os valores de diferentes métricas topológicas, para séries temporais com diferentes valores de
incertezas. No primeiro caso, um erro constante de 5% a 20% é incorporado, enquanto no
segundo, um erro crescente, típico de simulações computacionais caóticas é investigado. Os
valores das métricas calculadas são comparados aos valores obtidos utilizando o método QG.
Os principais resultados encontrados mostram que o método proposto consegue replicar nas
redes construídas, diferentes mudanças nas séries temporais, causadas por diferentes tipos de
incertezas.

A crescente utilização de geradores distribuídos (GDs) provoca mudanças significativas na operação dos sistemas de distribuição de energia elétrica (SDEE), principalmente nos predominantemente radiais. Complementarmente, os sistemas de armazenamento de energia por baterias (SAEBs) estão sendo utilizados para fornecer serviços auxiliares à rede devido à sua flexibilidade de atuar injetando ou absorvendo potência, o que pode mitigar o impacto da penetração das GDs. No entanto, é necessário programar a atuação desses dispositivos. Nesse contexto, este trabalho propõe duas estratégias de gerenciamento inteligente para planejar (day-ahead) o estado horário de carga (State of Charge - SoC) de uma bateria conectada a alimentadores de teste do IEEE (34 e 123 barras) com geração distribuída fotovoltaica. Em suma, na primeira metodologia foram implementadas duas metaheurísticas de otimização (NSGA-II e MOPSO) para atenuar os picos de demanda das cargas, reduzir as transgressões de tensão em relação aos limites normativos e minimizar as comutações dos tapes dos reguladores automáticos. Além disso, restrições físicas e operacionais são impostas ao modelo matemático para aproximá-lo da realidade. A segunda metodologia consiste em monitorar a potência ativa da subestação utilizando-a como sinal de disparo para o despacho ou carregamento do SAEB. Ressalta-se que os softwares MatLab e OpenDSS foram selecionados para estruturar as metaheurísticas e calcular o fluxo de potência temporal devido às suas capacidades de comunicação externa. Os resultados mostram que a atuação por sinais de disparo ignora diversas possibilidades de atuação, principalmente em sistemas com múltiplos picos de carga de diferentes dimensões. Finalmente, as abordagens metaheurísticas se destacaram entre os objetivos analisados.

As Regiões de Segurança Dinâmica, bem como as Regiões de Segurança Estática, são gráficos tridimensionais que permitem a avaliação da segurança do sistema, quando esse é dividido em três grupos de geração, a medida que se realiza a transferência de geração entre estes. No caso das Regiões de Segurança Estática, elas permitem avaliar diferentes cenários de geração considerando certos valores limites para as grandezas estáticas (como tensões, potências geradas e fluxos de potência nos equipamentos). As Regiões de Segurança Dinâmica utilizam os limites de potência ativa e grandezas dinâmicas (como os fatores de amortecimento associados aos modos de oscilação). A obtenção das Regiões de Segurança Dinâmica requer um esforço computacional mais elevado que as estáticas, devido às análises modais que devem ser executadas além da solução de casos de fluxo de potência. Nesse trabalho é apresentado um método eficiente para a construção das regiões de segurança, com enfoque principal nas Regiões de Segurança Dinâmica, através da utilização do método Particle Swarm Optimization (PSO), fazendo-se uma série de considerações que melhoram seu desempenho. O PSO também é utilizado como ferramenta de otimização de controladores de amortecimento e o impacto desses ajustes nas Regiões de Segurança Dinâmica é investigado. Os testes foram feitos utilizando o sistema New England, retornando resultados promissores do ponto de vista da precisão e da redução do esforço computacional.

Este trabalho é dedicado ao estudo das perdas por difração ao longo do percurso das ondas eletromagnéticas visando auxiliar na cobertura de sinal de rádio propagação para os sistemas de comunicação 5G, para tanto, foi utilizado o método da Equação Parabólica (PE). A solução numérica do método da PE ocorre, aqui, por meio dos algoritmos SSPE (SplitStep Parabolic Equation) e o SSPE acrescido do método DMFT (Discrete Mixed Fourier Transform). O primeiro considera as superfícies com as propriedades elétricas de um condutor elétrico perfeito (PEC) e o segundo considera as características elétricas das superfícies para, desse modo, especificar as perdas devido a essas superfícies. Ambos algoritmos são explicados, com riqueza de detalhes, nesta dissertação. As simulações aqui desenvolvidas são comparadas com medições realizadas em frequências de micro-ondas, no CEFET-MG em Belo Horizonte. O RMSE é calculado para analisar as diferenças entre as medições e os dois algoritmos desenvolvidos e as diferenças entre os dois algoritmos. O RMSE representa a qualidade dos ajustes do modelo. A principal contribuição, desta dissertação, é a caracterização dos efeitos da difração, considerando as perdas no terreno, em banda de frequência de 1,0 a 8,5 GHz, que tem o potencial para ser usado em futuras comunicações móveis sem fio.

A identificação de sistemas é uma área que busca representar sistemas de acordo com os seus dados de entrada e saída por meio de modelos matemáticos. O modelo PWARX (PieceWise affine AutoRegressive with eXogenous input) vem ganhado cada vez mais destaque por sua capacidade de identificar sistemas não lineares com o uso de submodelos lineares locais. Nesse sentido, esse trabalho define métodos para identificação com essa classe de modelo supracitada ao utilizar procedimentos, como a taxa de redução de erro, critérios de informação e algoritmos do aprendizado de máquinas. Assim, as estratégias definidas cobrem todas as etapas necessárias, sem que nenhuma informação do sistema seja requisitada. São apresentados também algoritmos que fazem uso de técnica de meta-heurística para separar as regiões de modelos PWARX. Estes métodos são capazes de aumentar a representatividade do modelo chaveado e, além disso, conseguem diminuir a complexidade do modelo ao reduzir o seu número de regiões para casos em que este estiver sobreparametrizado. Ademais, é mostrado que essa coletânea de submodelos lineares é capaz de competir em termos de representatividade até mesmo com modelos NARX (Nonlinear AutoRegressive with eXogenous input) polinomiais. Posteriormente, são apresentadas as condições suficientes para representar histerese com modelos PWARX. É mostrado que essas condições estão diretamente relacionadas à função de excitação do sistema e também aos pontos de equilíbrio de cada submodelo linear do modelo chaveado. Esse fenômeno de histerese é altamente não linear e abrange efeitos de memória entre a saída e o histórico das variáveis do processo. Assim sendo, é identificado um modelo estimado a partir de dados produzidos pelo modelo de Bouc-Wen.

O setor elétrico vem experimentando um ambiente competitivo e descentralizado nas últimas décadas. Neste contexto, diversas atividades de planejamento da operação e da expansão de sistemas elétricos de potência vêm se tornando objeto de importantes reavaliações e novas recomendações. Dentre estas atividades encontra-se a programação da manutenção de unidades geradoras, a qual enfrenta mudanças filosóficas provenientes, principalmente, da transição de mercado centralizado para o Descentralizado e da modificação da matriz energética com a presença significativa de fontes renováveis. A programação da manutenção busca identificar o melhor momento durante a operação de um sistema elétrico para retirada de unidades de geração de energia elétrica para realização de ações de manutenção, resultando assim em melhores cronogramas de manutenção. Nesta dissertação é proposta uma metodologia para a solução do problema da programação da manutenção de unidades geradoras de um sistema elétrico considerando o mercado Descentralizado e fontes renováveis. Para tal, são utilizados indicadores de desempenho com base nos níveis de confiabilidade do sistema e nos custos de produção de energia elétrica. A metaheurística Estratégia Evolutiva é empregada para a solução dos problemas de otimização. Para avaliação da confiabilidade dos cronogramas de manutenção durante o processo de solução do problema, é utilizado o algoritmo de Simulação Monte Carlo Não-Sequencial associado ao método de Entropia Cruzada. A eficiência da metodologia proposta é ilustrada por meio de estudos de caso envolvendo a programação da manutenção de unidades geradoras do sistema teste IEEE-RTS. O desempenho da metodologia proposta é avaliado por meio da identificação de cronogramas de boa qualidade (i.e., tecnicamente factíveis e aderentes à realidade operativa sob uma perspectiva sistêmica), os quais garantam níveis adequados de confiabilidade para o funcionamento do sistema, sem, entretanto, provocar excessivos aumentos no custo de operação.

Os sistemas de energia elétrica são frequentemente alvos de surtos eletromagnéticos indesejados, cujos efeitos podem ser bastante nocivos. Dessa forma, existem condutores aéreos e enterrados que são submetidos às correntes impulsivas associadas a tais surtos, cujos decorrentes campos eletromagnéticos interagem entre si, ou seja, elementos condutores aéreos e enterrados são mutuamente acoplados. Nesse sentido, existem muitas pesquisas que abordam a modelagem da interface ar-solo com o objetivo de determinar sua influência no campo eletromagnético. Algumas técnicas numéricas podem ser utilizadas, como por exemplo, o uso do Método de Elementos Finitos ou do Método de Diferenças Finitas no Domínio do Tempo, que incorporam naturalmente as distintas características eletromagnéticas dos meios materiais separados por interfaces genéricas. Contudo, a despeito da existência de tais métodos numéricos, dentro do contexto desta dissertação, optou-se por adotar um estudo semi-analítico que tenha como a fonte de campo eletromagnético a mais elementar possível, nomeadamente, o dipolo de Hertz que apesar de básica, tem algumas vantagens: i) computacionalmente leve; ii) possibilita obter expressões analíticas reduzidas entre outras. A partir dessa fonte elementar, apresenta-se um método de determinação dos campos eletromagnéticos (no ar e no solo), gerados por dipolos de Hertz, imersos no ar, posicionados a certa altura de uma interface plana que separa o ar do solo, mediante a decomposição da onda eletromagnética esférica (oriunda da distribuição de corrente no dipolo) em um somatório de infinitas ondas planas. Finalmente, uma série de análises de sensibilidade do campo eletromagnético em relação à frequência do sinal de corrente no dipolo, à resistividade de solos típicos e a distâncias entre fonte e ponto de observação do campo, são realizadas. Dessas análises, é possível extrair comportamentos físicos importantes do respectivo campo eletromagnético que, no melhor do conhecimento do autor desta dissertação, não estão exploradas na literatura técnica disponível.

Uma das características da sociedade moderna é a presença de conforto e tecnologia. Estas palavras começaram a fazer sentido para o ser humano a partir do momento em que a energia elétrica passou a estar disponível para a população por meio das redes elétricas de distribuição. Estas constituem o elo final de um sistema complexo para suprimento de energia iniciado nas usinas geradoras e transportados em grande escala através das linhas de transmissão. Para atender a demanda crescente por energia é necessário a expansão do sistema elétrico. Por sua vez, concessionárias são instigadas a manter a continuidade e a qualidade dos serviços prestados para seus clientes, sejam estes localizados em áreas urbanas ou rurais. A ANEEL, como agência reguladora, divulga periodicamente indicadores de qualidade da distribuição como o DEC e o TMAE. Assim, grandes esforços são empreendidos para o cumprimento de metas, especificamente do primeiro. Indicadores de continuidade fora da meta traduzem em multas expressivas e possíveis sanções administrativas impostas pela reguladora às Distribuidoras de energia elétrica. Esta dissertação propõe uma metodologia capaz de estimar o comportamento do indicador DEC decorrente de reduções no TMP para o atendimento às ocorrências emergenciais. Para tal, avaliações de confiabilidade de sistemas de distribuição fundamentadas em modelos analíticos são utilizadas. Tendo em vista a validação dos conceitos propostos, estudos de casos com linhas de distribuição reais são apresentados e discutidos.

Uma vasta gama de aplicações atuais permite o uso de conversores CC-CC não isolados com alto ganho, como sistemas de conversão de energias renováveis, sistemas de alimentação ininterrupta (uninterruptible power supplies - UPSs), dentre outras. Por essa razão, muitas topologias têm sido apresentadas na literatura técnica, tornando esse assunto relevante no ramo da eletrônica de potência. Diversos conversores CC-CC são adequados apenas para aplicações que demandam uma taxa de conversão limitada. Portanto, a busca por novas topologias é motivada pela necessidade de se obter maiores taxas de conversão, para aplicações de potências mais elevadas, sem deixar de levar em consideração outros aspectos importantes, como o rendimento, o número de componentes e os esforços nos semicondutores. Dessa forma, este trabalho apresenta um conversor SEPIC (single-ended primary inductance converter) baseado na célula de comutação de três estados (three-state switching cell – 3SSC) e em células  multiplicadoras de tensão (voltage multiplier cells - VMCs), o qual é capaz de fornecer um elevado ganho de tensão, com reduzidos esforços nos semicondutores. O princípio de operação, a análise qualitativa e a análise quantitativa do conversor proposto, operando em modo de condução contínua são apresentados em detalhes. Resultados provenientes de simulação computacional e resultados experimentais são apresentados e discutidos a fim de estabelecer as vantagens e as desvantagens dessa topologia.

EFICIÊNCIA NA SIMULAÇÃO
COMPUTACIONAL PARA IDENTIFICAÇÃO E CONTROLE DE SISTEMAS NÃO LINEARES

A família de modelos polinomiais Não linear AutoRegressivo com entradas eXógenas (NARX) tem sido estudada extensivamente nas últimas três décadas e diversas técnicas tem sido propostas em relação a esses modelos. Os trabalhos tradicionais na área têm focado principalmente em métodos baseados em um procedimento progressivo conhecido como Mínimos Quadrados Ortogonais com Regressão Direta (FROLS). Recentemente, novas técnicas têm sido propostas baseadas em algoritmos evolutivos. Estes métodos incorporam o conhecimento sobre distribuição de probabilidade de possíveis estruturas de modelos ao processo de busca. Uma classe de algoritmos especialmente interessante é baseada em meta-heurísticas. Nesta dissertação um método baseado na meta-heurística Híbrida e Binária de Otimização por Enxame de Partículas e Busca Gravitacional é apresentado para seleção de estruturas de modelos mono-objetiva e multiobjetiva. O método leva em consideração a complexidade do modelo e a contribuição individual de cada termo para gerar modelos apropriados por meio de uma nova formulação da função custo do problema. Além disso, o método proposto é adaptado para obtenção de modelos em situações em que a saída é representada por uma variável dicotômica, resultando em um modelo de classificação de dados. A robustez do novo algoritmo é testada em vários sistemas, simulados e experimentais, com diferentes características não lineares. Os resultados obtidos mostram que o algoritmo proposto é capaz de identificar o modelo correto, nos casos em que a estrutura correta é conhecida, e determinar modelos parcimoniosos para dados experimentais mesmo naqueles sistemas para os quais métodos tradicionais e contemporânios falham ocasionalmente. O novo algoritmo é comparado com métodos clássicos como o FROLS e com novas abordagens baseadas em meta-heurísticas.

Os motores de indução trifásicos são responsáveis por grande parte da conversão de energia elétrica em energia mecânica nos mais diversos tipos de aplicação. No setor industrial, por exemplo, o desempenho e as condições de operação dessas máquinas elétricas impactam significativamente em todo o processo produtivo e, por conseguinte, nas margens de lucro. Dado ao importante papel desempenhado, é de grande relevância que se busque formas de se antecipar a eventuais falhas, evitando assim paradas inesperadas da linha de produção. Dentro do portfólio de técnicas utilizadas no diagnóstico de falhas de máquinas elétricas, a Análise da Assinatura de Corrente do Motor é bastante difundida e consolidada. Todavia, esta possui algumas limitações associada ao regime de carga e às características construtivas do motor. Nesse contexto, busca-se por alternativas que sejam capazes de contornar as deficiências dos métodos tradicionais e detectar as anomalias ainda nos estágios iniciais, garantindo assim mais liberdade e eficiência no planejamento da manutenção. O monitoramento do motor por meio de sinais de fluxo de dispersão tem se mostrado proeminente devido à alta sensibilidade destes sinais, mesmo para pequenas variações nas condições de operação. No presente trabalho é apresentado as etapas de projeto e implementação de um sensor de fluxo de dispersão, bem como uma metodologia de processamento dos sinais do dispositivo, a fim de avaliar a viabilidade desses sinais para diagnóstico de falhas. A partir de sinais de força eletromotriz, induzida no sensor pelo fluxo de dispersão, são construídas órbitas cujas características refletem condições de operação da máquina. Cinco condições com falha foram analisadas e os resultados demonstraram a eficácia da técnica proposta.

A presente dissertação apresenta a modelagem do sistema de formação de espiras de fiomáquina com foco na caracterização das forças atuantes no interior do tubo e na dinâmica de movimentos considerando-se o tubo formador de espiras com três graus de liberdade, operando à velocidade de laminação de 110 m/s. As forças provenientes do contato e atrito cinético do fio-máquina com a parede interna do tubo são entradas importantes para entendimento e classificação dos principais problemas de formação de espiras: o desgaste prematuro de tubos e não uniformidade de raio das espiras. Com esta caracterização de forças, tornou-se possível avaliar o perfil de distribuição de forças atuantes no tubo formador de espiras, as quais se apresentam bastante sensíveis a cinemática de movimentos e ao coeficiente de atrito cinético, principal parâmetro responsável por causar desgastes internos dos tubos. Também foi possível avaliar os efeitos correlatos a falta de sincronismo entre a velocidade de translação do fio-máquina e a velocidade de rotação do tubo, parâmetro o qual se destaca como crítico para uma boa uniformidade de raio. A modelagem dinâmica do tubo formador com três graus de liberdade permitiu avaliar a dinâmica de movimentos do mesmo a partir da caracterização dos movimentos do seu centro de massa. Nesta abordagem destaca-se que o orifício de saída de fio-máquina do tubo pode realizar movimentos indesejados com rotações em torno dos eixos do rolamento de sustentação do tubo, parâmetro chave para uma boa formação de espiras com velocidades elevadas. Além disso, é apresentado, pelas equações de torques, acoplamento dinâmico entre os torques atuantes nos três eixos de rotação, fenômeno que pode ser explorado como proposta de controle de correção de tais movimentos indesejados.

Esta dissertação aborda o estudo do problema de amortecimento de oscilações eletromecânicas de baixa frequência em sistemas elétricos de potência (SEP) através da utilização de elos de transmissão em corrente contínua em alta tensão (CCAT ou HVDC - High Voltage Direct Current). Inicialmente, o modelo de elos de transmissão HVDC foi incluído em um fluxo de potência ótimo (FPO) para obtenção do estado da rede em regime permanente visando à minimização do custo de geração. Em um segundo momento, o elo HVDC foi modelado por um sistema de equações algébricas e diferenciais não lineares. Essas equações, em conjunto com as equações que descrevem a operação do sistema em corrente alternada (CA), são linearizadas numericamente no cenário de operação inicial fornecida pelo FPO para a utilização da técnica de análise modal, com principal objetivo de avaliar se as oscilações eletromecânicas de baixa frequência são adequadamente amortecidas. Para aumentar o amortecimento dessas oscilações são incluídos os controladores de amortecimento tanto nos geradores quanto no elo de transmissão em corrente contínua. Para os geradores são considerados estabilizadores de sistemas de potência convencionais (ESP). Para o elo são considerados estabilizadores convencionais ou multibanda (ESP-MB). Os controladores de amortecimento foram projetados simultaneamente por uma abordagem de otimização que tem como função objetivo otimizar o coeficiente de amortecimento mínimo do sistema. A metodologia proposta foi empregada nos sistemas de duas áreas e no sistema New England. Os resultados mostram que o uso de controladores apenas no elo HVDC proporcionam um aumento no amortecimento mínimo do sistema, mas não o suficiente para garantir a estabilidade do sistema frente a pequenas perturbações. No entanto, quando os controladores no elo são projetados simultaneamente com controladores nos geradores síncronos, o sistema tem um ganho significativo de amortecimento, garantindo assim a estabilidade do sistema a pequenas perturbações.

Com o surgimento e avanço de tecnologias, os sistemas de comunicação sem fio para conexão de objetos à Internet (Internet das Coisas), onde os dispositivos trocam informações em tempo real tem sido alvo de muitos estudos. Esses sistemas usam frequências abaixo de 1 GHz, com intuito de aumentar a cobertura, ter alta performance e assim garantir alta taxa de informação. Nesse trabalho é apresentado o estudo de um canal de propagação para aplicação em Internet das Coisas na frequência fixada em 903 MHz. Com isso, é feita a caracterização do desvanecimento rápido do sinal e o efeito da presença de pessoas nesse canal a partir de medidas captadas em ambientes indoor e outdoor. São utilizados casos diferentes para o estudo e ao avaliar os efeitos na variação de pequena escala do nível do sinal recebido, pode ser observada uma maior variabilidade do canal com a presença de pessoas, sendo que alguns modelos de probabilidade estatísticos são a chave para o estudo, comportamento e resultados encontrados

Descargas atmosféricas apresentam um risco para pessoas e equipamentos. Para segurança, são projetados sistemas de aterramento elétrico. Contudo, é necessário ser capaz de fazer uma análise quantitativa do projeto e grandezas de interesse, tal como a tensão de passo. Isto, frequentemente, requer simulações computacionais. Um modelo matemático que pode ser usado para tais simulações é o Modelo Eletromagnético Híbrido (HEM). Este trabalho apresenta o HEM deduzido tanto a partir de circuitos equivalentes T quanto Π, utilizando tnato uma formulação por Imitância Global quanto Admitância nodal. Também são apresentadas algumas simplificações que podem ser usadas no HEM, tal como HEM Modificado (mHEM) ou em séries de potência (sHEM). O objetivo principal é desenvolver um programa de computador de alto desempenho computacional e código aberto que implementa o HEM e suas variantes para ser usado pela indústria e academia. Para este fim são seguidas boas práticas de programação científica. O programa foi criado na linguagem de programação C, com interfaces para Julia e MATLAB para facilitar o uso pelo usuário final. O usuário deve entender o modelo algorítmico que ele deseja implementar, pois o programa se trata de uma biblioteca numérica (conjunto de funções). As matrizes de impedância dependem apenas do meio e da geometria dos condutores. Aproveitar a simetria geométrica evita refazer cálculos desnecessários. Um algoritmo que usa a simetria de malhas retangulares uniformes foi desenvolvido. O ganho computacional que ele proporciona é menos pronunciado quanto maior o número de segmentos do sistema. Para teste do programa criado são feitas simulações de um condutor horizontal enterrado e uma malha retangular, ambos resultados comparados com aqueles que foram publicados. São calculados a elevação de potencial (GPR), campo elétrico e tensão de passo. A tensão de passo é calculada tanto pela diferença de potencial elétrico escalar (d.d.p.) quanto pela integral de linha do campo elétrico. Os resultados demonstram que tensão de passo não é igual à d.d.p.

As primeiras técnicas para estimação da velocidade de condução das fibras musculares
foram consolidadas no início dos anos 80, mas devido aos recentes avanços tecnológicos em

eletrônica e computação, somente nas últimas décadas foram publicados estudos que apresen-
taram aplicações mais acessíveis e viáveis. Este trabalho se propõe a fornecer informações

sobre a fadiga muscular pela estimação da velocidade de condução da fibra muscular (VCFM)
mediante o uso da eletromiografia de superfície (sEMG) estudando e aprimorando as técnicas de
modulação em fluxo de bits e correlação cruzada. A técnica apresenta uma estimativa baseada

em um conjunto de dados gerados pela variação do ganho de modulação, fornecendo uma mé-
dia da VCFM. A estimativa representa uma diminuição da VCFM correlacionada com o estado

de fadiga do músculo observado. A principal contribuição do trabalho é o uso da modulação
variável de fluxo de bits para estimação da VCFM, sendo possível distinguir estatisticamente a
diminuição da VCFM em diferentes representações de modulação dos sinais sEMG. O método
foi avaliado mediante estudo experimental e forneceu estimativas da VCFM similares às obtidas
pela literatura, fornecendo valores mais conservadores ao considerar a média de um conjunto
de velocidades a cada segundo.

This work investigates new convex conditions to design robust and Linear Parameter Varying (LPV) gains for continuous time-varying systems subject to saturating actuator and energy bounded disturbances. The input-to-state stability conditions are used to design controllers ensuring the minimization of the L2-gain between the disturbance input and the controlled output. Furthermore, optimization procedures to maximize the estimate of the region of attraction, and the bound to the control signal as well, are formulated. By means of sum of squares (SOS) decomposition, this work is also concerned with the design of state-feedback controllers for LPV polynomial continuous-time systems. The vector field presents polynomial dependence on states. For both cases, the state-feedback gains designed depend on the filtered time-varying parameter. When designing time-varying controllers for time-varying systems in practical situations, the noise on the parameter measures may induce abrupt changes in the gain values and, consequently, in the control signal. Therefore, one may expect early damages on the actuator due to wear and fatigue. Hence, filtering the time-varying parameter and guaranteeing that the closed-loop filtered system is stable may produce state-feedback gains with smaller variance over time. The methods proposed consider the filtered parameter on the stabilization problems and, as an advantage over the existing literature, there is no need to know the bounds of the time-derivative of the parameter and such function does not need to be continuous. Convex conditions are also developed for the case when LPV polynomial continuous-time systems present input constraints. Hence, this work deals singly with three kinds of systems: • input-to-state stabilization for continuous-time varying systems with saturating actuators; • design of state-feedback controllers for continuous-time varying systems with state polynomial dependency. • design of state-feedback controllers for continuous-time varying systems with state polynomial dependency and input constraints. For all cases, the efficacy of the proposed methods is illustrated with numerical examples. Key-words: Saturating actuators. Filtered parameter. Input-to-state. Region of attraction. Sum of squares. Polynomial continuous-time varying systems.

Devido à crescente utilização de automação em processos industriais, de equipamentos de cargas críticas, de computadores pessoais e de dispositivos controlados eletronicamente em instalações residenciais, atualmente há um maior interesse em relação a problemas de Qualidade de Energia Elétrica (QEE). Um aspecto importante relacionado à QEE é o afundamento de tensão da rede de distribuição. Ou seja, o produto entregue dentro dos limites especificados pelos órgãos reguladores. Devido aos problemas causados pelos distúrbios de tensão, onde podem-se citar, desligamento de equipamentos sensíveis, danos por sobretensões, aumento de perdas em vazio nos transformadores e operações com baixa eficiência dos equipamentos elétricos, existe esta preocupação com o afundamento de tensão. Este trabalho visa contribuir para os estudos de Variações de Tensão de Curta Duração (VTCD), buscando demonstrar o real impacto que causam em consumidores industriais, mesmo com o atendimento pleno aos padrões determinados em normas e resoluções. São apresentadas inicialmente, as principais normas nacionais e internacionais aplicáveis às VTCD, caracterização de eventos e verificação de impacto sobre as cargas, analisando suas similaridades e particularidades. O estudo sobre a implantação de uma fábrica de semicondutores no Brasil, tem como objetivo avaliar os impactos da baixa qualidade de energia desde a fase de estudos do sistema elétrico até a operação/produção final. Por fim, é apresentada uma proposta de avaliação mais detalhada de impactos de VTCD, no âmbito normativo

Análise de difração de múltiplos obstáculos.

MODELAGEM DO NERVO AUDITIVO HUMANO APLICADO AO DESENVOLVIMENTO DE DETECTORES DE RESPOSTAS EVOCADAS AUDITIVAS EM REGIME PERMANENTE

Atualmente, as antenas de microfita são utilizadas em comunicações sem fio e de rádio, inclusive em altas frequências, devido a sua pequena dimensão, facilidade de integração com outros elementos, entre outros fatores. Entretanto, este tipo de antena apresenta pequena largura de banda e pequeno ganho e têm, por isso, as aplicações restringidas. A estas estruturas são aplicados radomes que têm por objetivo melhorar estas limitações. Radomes são estruturas colocadas acima de antenas com objetivo de proteção, entretanto, diversas aplicações incluem a melhoria das características da antena, principalmente com uso de estruturas periódicas com características metamateriais. Metamateriais são estruturas feitas com materiais condutores e dielétricos que apresentam dimensões e espaçamentos muito menores do que o comprimento de onda, se comportando macroscopicamente como um meio equivalente desde que dispostos de forma geometricamente periódica. Assim, modificações nestas células metamateriais podem modificar as características constitutivas destes meios e assim fornecer valores de permissividade elétrica, permeabilidade magnética e índice de refração positivos ou negativos. Neste trabalho os elementos Split Ring Resonator (SRR) e Thin Wire (TW), de formato quadrado são utilizados como células metamateriais, sendo usados em radomes de antenas de microfita. São utilizadas várias camadas de radomes formados por estes elementos sobre antenas, sendo a distância entre as células e entre as camadas de radomes, dois pontos importantes no projeto da estrutura do radome. São comparados os resultados obtidos para radomes com permissividade e permeabilidade positivos, negativos e para somente a permeabilidade negativa. São apresentadas revisões sobre antenas de microfita e metamateriais. São mostrados os efeitos do radome com características de metamateriais no aumento de ganho e largura de banda de antenas de microfita, chegando a um ganho total de até 11,27 dBi e 1 GHz, sendo simulados através do software CST Microwave Studio.

Este trabalho trata do problema de análise de estabilidade e controle por realimentação de estados estimados para sistemas periódicos incertos discretos no tempo. As condições de projeto e análise são desenvolvidas usando técnicas advindas da Teoria de Lyapunov em conjunto com as desigualdades matriciais lineares. São apresentadas, primeiramente, condições para análise de estabilidade e análise H2 robustas utilizando dois tipos distintos de funções de Lyapunov estruturadas: função de Lyapunov com vetor de estados aumentados deslocados e função de Lyapunov considerando termos não monotônicos. A eficiência dos métodos propostos, cujo objetivo é reduzir o conservadorismo das soluções, é explorada por meio de exemplos numéricos retirados da literatura. Em um segundo momento, são desenvolvidas técnicas para o projeto do observador para o controle por realimentação de estados estimados. Essas condições são formuladas considerando o critério de desempenho H2. Exemplos numéricos ilustram a efetividade do método proposto.

A disponibilização de reativo é um dos principais problemas relacionados à operação eficiente de um sistema de potência de alta tensão, seja para manter os perfis de tensão nas barras, seja para atender os requisitos de transferência de carga entre as diversas barras deste sistema. Dos equipamentos usuais utilizados para suprimento de reativos, os bancos de capacitores consistem na forma mais econômica e prática para adicionar grandes blocos de reativo ao sistema de forma distribuída. Estes bancos são formados por dezenas ou centenas de unidades capacitivas de diferentes capacitâncias, encadeados em arranjos séries e paralelos. Devido ao desbalanceamento de capacitâncias inerente a esta formação, são verificadas as altas taxas de falhas e baixa disponibilidade deste ativo de transmissão. Por outro lado, o problema de explosão combinatória envolvido na busca do balanceamento ótimo das capacitâncias inviabiliza a adoção desta prática durante as intervenções de manutenção. Com isto ocorre um desbalanceamento gradual ao longo da vida útil do banco de capacitores, bem como o desvio dos “desequilíbrios naturais” configurados no comissionamento, estabelecendo um círculo vicioso de: (i) aumento da probabilidade de falha das unidades capacitivas; (ii) aumento de trocas de unidades falhadas e (iii) aumento do desequilíbrio entre fases, resultando em menor disponibilidade e confiabilidade deste ativo de transmissão e confiabilidade. Nesta dissertação são apresentadas as metodologias de balanceamento de capacitâncias na montagem de um Banco de Capacitor de Extra-Alta Tensão (BCAT) comumente empregadas atualmente, e, a partir da categorização destas etapas são propostas duas metodologias para o balanceamento. A primeira visa o balanceamento inicial ou de montagem usando a filosofia de cortes e dobras. A segunda se aplica no balanceamento do dia-a-dia da manutenção, e trata-se de um algoritmo de balanceamento rápido usando metaheurística por Busca Tabu. Os algoritmos propostos são aplicados a um BCAT de 200 Mvar, 345 kV, 60 Hz na SE Ouro Preto 2, da Eletrobrás Furnas S.A., tendo os resultados apresentados, discutidos e validados tanto em simulações quanto na prática.

Identificar um sistema consiste em modelar matematicamente o sistema a fim de que o mesmo possa ser reproduzido. Neste trabalho para a realização da identificação foi utilizado o estimador bi-objetivo. O estimador bi-objetivo, possui a capacidade de agregar informações auxiliares no processo de estimação. A estrutura do estimador bi-objetivo é composta de 4 partes: escolha de representação, detecção da estrutura, estimação de parâmetros e validação do modelo. Porém o custo computacional de uma solução gerada pelo estimador bi-objetivo é muito alto, o que desperta o interesse pela otimização deste custo. O objetivo deste trabalho é desenvolver meios para que o tempo de solução do estimador possa ser reduzido, e como resultado foram obtidos dois estimadores: bi-objetivo paralelo e bi-objetivo acelerado; ambos realizam a estimação com um tempo menor do que a forma convencional. Para ambos estimadores foram realizadas simulações com sistemas reais para verificação dos resultados dos mesmos.