Defesa de Dissertação de Mestrado – Alice Ferreira Branco – 30/8/2019

19/08/2019 15:45
Defesa de Dissertação de Mestrado
Aluno Alice Ferreira Branco
Orientador Prof. Julio Elias Normey-Rico, Dr. – DAS/UFSC
Coorientador Prof. Gustavo Artur de Andrade, Dr. – DAS/UFSC
Data 30/8/2019 (sexta-feira) – 9h00

Sala PPGEAS II (piso inferior)

Banca Prof. Julio Elias Normey-Rico, Dr. – DAS/UFSC (presidente);

Profa. Rafaela Reinaldo, Dra. – PETROBRAS;

Prof. Daniel Martins Lima, Dr. – UFSC/Blumenau;

Prof. Marcelo de Lellis Costa de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC.

Título Modelling and Control of Thermal Solar Energy Generation Process
Abstract: This master’s dissertation presents the modelling of a solar termal energy generation process and the advanced control algorithm applied to it to maximize energy efficiency. It is easy to find in the literature a good model for each subsystem of a solar energy process, but there aren’t many articles which focus on the modelling of the whole process, especially the one used in this work, with indirect solar heating system: a solar collector field, two storage tanks, a steam generator, a gas heater, a steam turbine, an electricity generator and a condenser. Thus, a complete modelling of each subsystem was conducted and brought together to simulate the entire process. It is importante to have a satisfactory modelling of the system, so that it describes its dynamics, but which is not too complex to simulate on a computer. The system’s model is essential especially because of the control technique used to control the system: Model Predictive Control, MPC, which uses the prediction of the system’s output based on its model to calculate the control law. MPC was used to control the process with the intent to optimize the energy generated by the system. Also, a state machine was implemented to decide which equipment will be turned off, depending on its temperature condition, aiming to avoid unnecessary energy consumption. Simulation results with real data for a day are presented to depict how the state machine and control strategies chosen will work on the selected model.

 

Defesa de Tese de Doutorado – Roger Daniel Francisco Ferreira – 29/8/2019

19/08/2019 15:31
Defesa de Tese de Doutorado
Aluno Roger Daniel Francisco Ferreira
Orientador Prof. Rômulo Silva de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC
Data

 

29/8/2019  15h00   (quinta-feira)

Sala PPGEAS II (piso inferior)

 

 

Banca

Prof. Rômulo Silva de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC (presidente);

Profa. Mário Antônio Ribeiro Dantas,  Dr. – DCC/UFJF;

Prof. Marcos Fonseca Mendes, Dr. – UNIOESTE;

Prof. Marcelo Ricardo Stemmer, Dr. – DAS/UFSC.

Título Estudo sobre a Viabilidade de Implementar Aplicações de Proteção, Automação e Controle seguindo a Norma IEC 61850 em Ambiente Virtualizado com Respeito aos Requisitos Temporais
Resumo: Tecnologias de virtualização e middlewares de comunicação trazem uma nova perspectiva e um novo paradigma que podem ser aproveitados na implementação de sistemas industriais de uma maneira geral. O objetivo deste trabalho de doutorado é avaliar a viabilidade de implementar aplicações de Proteção, Automação e Controle (PAC) no caso de Sistemas Elétricos de Potência (SEP), conforme a norma IEC 61850, em ambiente virtualizado e ainda assim atender os requisitos temporais destas aplicações. Tal avaliação requer a proposta de uma arquitetura em camadas e implementação de uma aplicação PAC IEC 61850 em um ambiente virtualizado com o propósito de verificar o seu desempenho temporal e, desta maneira, elucidar a questão principal da tese. Foi utilizado o middleware de comunicação DDS e o estudo de caso de uma aplicação IEC 61850 típica. A primeira etapa do trabalho avalia a comunicação fim-a-fim a partir da camada do middleware de comunicação DDS, executando-se as aplicações de benchmark dos testes de desempenho da implementação OpenDDS. O ambiente de experimentação distribuído e virtualizado usado considera dois hosts físicos comuns conectados por uma rede simples. A camada de virtualização é realizada com KVM como hosted hypervisor com Linux Ubuntu e TinyCore como Guest-OS. Nessa avaliação inicial do middleware DDS, é definido um conjunto de cenários de teste combinando comunicações hosthost, host-VM e VM-VM. Cada teste consiste na publicação de cerca de 11 mil mensagens de 250 bytes para cada um dos diferentes protocolos de transporte suportados pelo OpenDDS. O tempo de roundtrip é medido para cada mensagem, derivando-se a respectiva latência e jitter. A segunda etapa do trabalho avalia a comunicação fim-a-fim da aplicação IEC 61850 do estudo de caso. Neste caso, a medição fim-a-fim da latência é feita a partir da aplicação desenvolvida com sincronismo de tempo NTP. A aplicação final, composta por 6 módulos, foi desenvolvida seguindo um método claro e objetivo. Os dois cenários de teste usados definem testes local e distribuído. No cenário local, todos os 6 módulos executam em um único host. No cenário distribuído, o sistema é particionado em 2 hosts e 4 VMs. Cada cenário de teste realiza um conjunto de 15 casos de teste definidos em 3 scripts. Um script para tempo de simulação de 20 ms, um para 10 ms e um para 2 ms. Para um sistema elétrico de potência de 50 Hz, isto significa 1 amostra por ciclo, 2 amostras por ciclo e 10 amostras por ciclo, respectivamente. Cada caso de teste é configurado para repetir 10 vezes. Os resultados obtidos são apresentados em formato tabular e gráfico. Os resultados preliminares do teste do DDS mostram que aplicação de tempo real leve com deadlines de até 1 ms poderiam executar no ambiente virtualizado proposto. O trabalho mostra que é razoável supor o potencial de executar aplicações de automação em um ambiente virtualizado e distribuído. Os resultados do estudo de caso, por outro lado, mostram a limitação da infraestrutura convencional utilizada. As latências máximas chegam a 20 ms e até 30 ms em alguns casos. Valores negativos mostram a limitação na utilização de sincronismo NTP para medir latência, devido a variações não conhecidas e não controladas do skew entre os relógios. O cenário local não tem esse problema, pois dependente unicamente do mesmo relógio. Por isso foi testado, podendo-se tomar as medidas de latência como uma referência de “valores verdadeiros”, ao menos sem o efeito de skew de relógio. A contribuição dessa tese é fornecer informações, baseadas na arquitetura de referência proposta e respectiva caracterização temporal, para engenheiros responsáveis pelo design de soluções de automação e pesquisadores. Dessa forma, eles podem começar a considerar e avaliar o uso de arquiteturas e tecnologias modernas de computação, particularmente de virtualização e middleware de comunicação, em novos projetos de Engenharia ou estudos de caso e investigações científicas mais específicas.

 

Defesa de Dissertação de Mestrado – Sérgio Maurício Prolo Santos Junior – 28/8/2019

19/08/2019 15:02
Defesa de Dissertação de Mestrado
Aluno Sérgio Maurício Prolo Santos Junior
Orientador Prof. Jomi Fred Hübner, Dr. – DAS/UFSC
Coorientador Prof. Werner Kraus Junior, Dr. – DAS/UFSC
Data 28/8/2019 (quarta-feira) – 14h00

Sala PPGEAS I (piso superior)

Banca Prof. Jomi Fred Hübner, Dr. – DAS/UFSC (presidente);

Prof. Alexandre Hering Coelho, Dr. –ECV/UFSC;

Prof. Leandro Callegari Coelho, Dr. – Université Laval;

Prof. Fábio Baldissera, Dr. – DAS/UFSC.

Título Avaliação da Abordagem de Agentes no Roteamento Dinâmico para Operação de Transporte Responsivo à Demanda
Resumo: A atratividade do transporte público é drasticamente reduzida para usuários distantes dos centros de distribuição. Esse problema, conhecido como Last Mile Problem, pode ter seu efeito reduzido através de sistemas de transporte veicular sob demanda. Contudo, métodos exatos para cálculo das rotas de tais veículos são geralmente ineficientes perante cenários de alta escala e dinâmicos, onde os pedidos de transporte ocorrem durante a operação. Esse trabalho investiga o problema de roteamento dinâmico de veículos usando coordenação descentralizada baseada em leilões. O objetivo é reduzir a insatisfação dos clientes, quantizada a partir da espera média por atendimento e tempo médio de viagem, enquanto também reduz-se o custo de operação da frota, avaliada como proporcional ao tempo de uso dos veículos. As rotas criadas através da abordagem de leilões são comparadas com o ótimo em cenários diversos. Os resultados indicam que a abordagem desenvolvida é capaz de gerar bons resultados em tempo de processamento reduzido, principalmente quando há uma frota veicular sobre-ajustada. Estudos com cenários maiores e comparações com outros métodos de roteamento são indicados para melhor avaliação.

 

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

19/08/2019 14:46
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.

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.

 

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.

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 StartupShutdown 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.

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.

 

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.

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.