Defesa de Ex. Qualificação – Jean Panaiot Jordanou – 20/10/2021

06/09/2021 16:59
Defesa de Exame de Qualificação
Aluno Jean Panaiot Jordanou
Orientador

Coorientador

Prof. Eduardo Camponogara, Dr. – DAS/UFSC

Prof. Eric Aislan Antonelo, Dr. – DAS/UFSC

Data

Local

20/10/2021  14h  (quarta-feira)

Videoconferência (https://meet.google.com/mpo-vqxk-apn)

  Prof. Daniel Ferreira Coutinho, Dr. – DAS/UFSC (presidente)

Prof. Eduardo Gildin, Dr. – Texas A&M University;

Prof. Leandro dos Santos Coelho, Dr. – PUC/PR.

Título Analysis and Control of Dynamic Systems Modeled with Echo State Networks
Resumo: Redes de Estado de Eco são redes neurais muito bem consolidadas como modelos de identificação de sistemas, com fácil treinamento e alta representatividade de modelos, porém seu uso em aplicações de controle em comparação com outros modelos de redes neurais é pouco estudado. O objetivo dessa pesquisa é estudar aspectos de controle de sistemas dinâmicos modelados por Redes de Estado de Eco. A pesquisa segue em duas frentes. A primeira é a possibilidade de utilizar técnicas de redução de ordem de modelo em Redes de Estado de Eco para reduzir o número de estados, assim tornando o modelo ainda mais tratável para aplicações de controle ótimo e controle preditivo, porém tentando manter a precisão e a representatividade. Na segunda frente, se deseja obter uma prova de estabilidade para um controlador do tipo PNMPC (Practical Nonlinear Model Predictive Control) utilizando redes de estado de eco, obtendo não só uma garantia de estabilidade local ou global, mas também uma estimativa de região de atração. A partir dessas duas frentes de pesquisa, espera-se contribuir com o estado da arte aprofundando mais ainda o uso de Redes de Estado de Eco para aplicações de controle.

Defesa de Ex. Qualificação – Marcelo Rosa – 5/10/2021

05/09/2021 15:30
Defesa de Exame de Qualificação
Aluno Marcelo Rosa
Orientador

Coorientador

Prof. José Eduardo Ribeiro Cury, Dr. – PPGEAS/UFSC

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

Data

Local

5/10/2021  14h  (terça-feira)

Videoconferência (https://meet.google.com/jun-iwie-nsf)

Prof. Max Hering de Queiroz, Dr. – DAS/UFSC (presidente)

Prof. Jomi Fred Hübner, Dr. – DAS/UFSC;

Prof. João Carlos dos Santos Basílio, Dr. – EEL/UFRJ;

Profa. Patrícia Nascimento Pena, Dra. – EEL/UFMG.

Título Uma Abordagem baseada no Controle Supervisório para a Coordenação de Sistemas com Múltiplos Agentes
Resumo: Neste projeto de tese, aborda-se um problema específico do campo mais geral da construção robótica. Esse problema consiste em empregar um conjunto de robôs móveis que interagem entre si a fim de construir autonomamente uma estrutura tridimensional predefinida. Tal estrutura é composta pela superposição de peças uniformes. O principal desafio nesse problema é encontrar para uma estrutura e um conjunto de robôs com habilidades limitadas quais são as regras locais de controle que devem implementadas em cada robô para que eles possam coletivamente montar a estrutura desejada. Neste projeto de tese, o problema de construção é formulado como um problema de coordenação de sistemas com múltiplos agentes sujeitos à realização de uma tarefa global. Propõe-se uma solução estruturada sobre a Teoria de Controle Supervisório para esse problema. Essa solução explora a ideia de que, em geral, os agentes de um sistema podem ser agrupados em m classes de agentes, onde cada classe é composta de agentes que são similares entre si. A principal contribuição dessa solução é que ela permite que problemas com n agentes sejam resolvidos por meio de um procedimento de síntese local para cada um dos m agentes representativos associados às classes de agentes, sendo ≥ ≥ 1. Apesar das vantagens computacionais providas por essa solução, ela ainda pode enfrentar limitações quanto ao tamanho da tarefa global. Nesse sentido, pretende-se explorar maneiras de decompor a tarefa global em sub-tarefas relativamente mais simples.

Defesa de Ex. Qualificação – Thamiris Lima Costa – 1/10/2021

05/09/2021 15:02
Defesa de Exame de Qualificação
Aluna Thamiris Lima Costa
Orientador

Coorientador

Prof. Edson Roberto De Pieri, Dr. – DAS/UFSC

Prof. Ebrahim Samer El`Youssef, Dr. –UFSC/Blumenau

Data

Local

1/10/2021  9h  (sexta-feira)

Videoconferência (https://meet.google.com/mcn-tvby-owk)

  Prof. Ubirajara Franco Moreno, Dr. – DAS/UFSC (presidente)

Profa. Kalinka Castello Branco, Dra. – ICMC/USP;

Profa. Milena Faria Pinto, Dra. – CEFET-RJ;

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

Título Formation Control and Cooperative Motion of UAV Swarm
Abstract: Unmanned aerial vehicles (UAVs) have been studied for use in both military and civil applications. Specifically, military related tasks concern the defense proposes. Civil applications include many tasks; indeed, we can mention tasks related to surveillance, transport, and remote sensing. Different technological areas related to a single UAV performing those tasks have been studied. As an improvement of these systems, multi-UAVs systems have been studied and have emerged as a relevant research topic. The use of multi-UAV systems can improve surveillance and remote sensing-related tasks by covering a larger area and enabling the transport of heavier loads in transportation related tasks. Independently of the task, challenges like formation control and cooperative motion planning are found. Different solutions have been proposed to address those problems. However, new improvements and challenges need to be addressed. This work concerns the UAV swarm area, examining strategies adopted to address formation control and cooperative motion problems. The Robot Operating System (ROS) and Gazebo are indicated to verify the solution that will be proposed since it is possible to simulate real environments. In addition, to obtain a satisfactory performance of each UAV in the swarm, it is desirable to control the UAV position and attitude individually. In this sense, the mathematical model of a quad-tiltrotor is derived, and a robust control basing on the Sliding Mode Control approach is developed. It is stood out that the model derived can be adapted into the standard quadrotor model.

Defesa de Ex. Qualificação – Jackson Gonçalves Ernesto – 23/9/2021

02/09/2021 19:59
Defesa de Exame de Qualificação
Aluno Jackson Gonçalves Ernesto
Orientador

Coorientador

Prof. Eugênio de Bona Castelan Neto, Dr. – DAS/UFSC

Prof. Eduardo Camponogara, Dr. – DAS/UFSC

Data

Local

23/9/2021  9h  (quinta-feira)

Videoconferência (https://meet.google.com/upo-nngf-mfs)

  Prof. Daniel Ferreira Coutinho, Dr. – DAS/UFSC (presidente)

Prof. João Manoel Gomes da Silva Jr., Dr. – PPGEE/UFRGS;

Prof. Carlos Eduardo Trabuco Dórea, Dr. – CT-DCA/UFRN;

Prof. José Mário Araújo, Dr. – PPGESP/IFBA.

Título Control Design for Constrained LTI and LPV Systems via Polyhedral Set Invariance
Abstract: In this work, set invariance concepts and polyhedral sets are used to design stabilizing Output Feedback (OF) for linear time-invariant (LTI) and linear parameter varying (LPV) discrete-time systems. The constrained control system may be subject to state constraints, control amplitude limits, bounds of the control-rate variation, and persistent disturbances. Firstly, based on the necessary and sufficient algebraic conditions that describe the polyhedral positive-invariance for LPV systems, we propose a bilinear optimization problem for the controller design guaranteeing the regional closed-loop stability and the control and state constraints are all respected. The proposed incremental output feedback controller feeds back both the measured outputs and control inputs, and the extended state-space used to modeling the constrained control problem allows, in particular, dealing with the control-rate variation bounds and a parameter-varying output control law. Next, we use the joint concepts of robust control invariant (RCI) set and robust one-step controllable sets (ROSC) to obtain a switching output regulator that steers the constrained system`s trajectory to the origin in a certain number of sample periods. A set of static output feedback control gains is computed offline, which later compose the online switching regulator. In the two proposals, we consider mainly an objective fuction that optimizes the polyhedron size in given directions, and an efficient nonlinear optimization solver is usd to tackle the present bilinearities. Numerical examples showcase the effectiveness and potential of our proposal. Finally, we discuss the guidelines for future research, which points out to extend the two proposed techniques to deal with persistent disturbances and consider LPV systems, respectively.

Defesa de Mestrado – Ana Caroline Tondo Bonafin – 23/9/2021

02/09/2021 19:58
Defesa de Dissertação de Mestrado
Aluna Ana Caroline Tondo Bonafin
Orientador Prof. Felipe Gomes de Oliveira Cabral, Dr. – DAS/UFSC
Data 23/9/2021  8h30 (quinta-feira)

Videoconferência (meet.google.com/urk-rrik-mwo)

Banca Prof. Felipe Gomes de Oliveira Cabral, Dr. – DAS/UFSC (presidente);

Prof. Gustavo da Silva Viana, Dr. – COPPE/UFRJ;

Prof. Marcos Vicente de Brito Moreira, Dr. – COPPE/UFRJ;

Prof. José Eduardo Ribeiro Cury, Dr. – PPGEAS/UFSC.

Título Fault Diagnosis of Discrete-Event Systems Modeled by a Class of Labeled Petri Nets
Abstract: In this work, a fault diagnosis method for Discrete-Event Systems (DES) modeled as labeled Petri nets (LPN) is proposed. In order to do so, it is assumed that some transitions of the Petri net are unobservable, including the fault transitions. The diagnosis method consists of two steps: first, an online fault detection is carried out; and then, by using the observed sequence of events and the Petri net model, the fault candidates are isolated. The online fault detection is based on the construction of an LPN from the fault-free system behavior model, called observable behavior Petri net (OBPN), whose transitions are all observable, and whose generated language is guaranteed to be equal to the observable language of the fault-free system model when some conditions are satisfied. It is also shown that the OBPN can be used for fault detection instead of implementing the reachability graph, or even part of it, of the Petri net system model, which leads to a fast fault detection method without requiring the use of a large amount of memory. A case study is also presented in order to illustrate the proposed method.

Defesa de Ex. Qualificação – Elham Ahmadi – 20/9/2021

02/09/2021 19:30
Defesa de Exame de Qualificação
Aluna Elham Ahmadi
Orientador

Coorientador

Prof. Werner Kraus Junior, Dr. – DAS/UFSC

Prof. Rodrigo Castelan Carlson, Dr. – DAS/UFSC

Data

Local

20/9/2021  14h30  (segunda-feira)

Videoconferência (meet.google.com/azc-ufke-ixw)

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

Prof. Henrique Simas, Dr. – EMC/UFSC;

Prof. Ehsan Taheri, Dr. – DAE/Auburn University.

Título Collision-free Trajectory Optimization for Connected Vehicles under Automated Driving at Intersection Plaza
Abstract: This thesis proposal investigates the problem of optimal coordination of connected vehicles under automated driving (CVAD) at intersections. An intersection in this context is a space without horizontal marking or any movement-related structural restriction, except for its boundaries. Consequently, we enable the CVAD to drive with more flexibility by entirely utilizing the intersection space, which we call a plaza. Based on optimal control theory, this thesis proposes an intersection trajectory optimal control problem (ITOP) to manage CVAD movements in a plaza. In particular, ITOP generates optimal trajectories, without predefined paths, that optimize a performance index while satisfying a set of practical constraints such as vehicle dynamics, boundary conditions, inter-vehicle collision avoidance constraints, and plaza boundaries constraints. Then, we propose utilizing finite Fourier series (FFS) and discretization to transform the ITOP to a nonlinear programming (NLP) problem with Fourier coefficients as decision variables. Numerical results demonstrate that the proposed approach generates feasible trajectories and is suitable for the solution of ITOP. We also proposed a revised and more structured version of the ITOP, namely R-ITOP, that aims to tackle the limitation of the original ITOP model and enable us to develop more efficient solution algorithms. As for the thesis, the main aim is to consider more realistic situations and develop efficient algorithms to solve the R-ITOP model. Finally, we present the research roadmap and the proposal.

Defesa de Doutorado – Carla de Souza – 17/9/2021

18/08/2021 22:06
Defesa de Tese de Doutorado
Aluna Carla de Souza
Orientador

Coorientador

Prof. Eugênio de Bona Castelan Neto, Dr. – DAS/UFSC

Prof. Valter Júnior de Souza Leite, Dr. – CEFET/MG

Data

 

17/9/2021  9h  (sexta-feira)

Videoconferência (https://meet.google.com/uoa-mzut-xeh)

 

 

Banca

Prof. Eugênio de Bona Castelan Neto, Dr. – DAS/UFSC (presidente);

Prof. Alexandre Seuret, Dr. – MAC/LAAS/CNRS;

Prof. Jéferson Vieira Flores, Dr. – DEEL/UFRGS;

Prof. Daniel Ferreira Coutinho, Dr. – DAS/UFSC;

Prof. Pedro Luis Dias Peres, Dr. – DSE/UNICAMP.

Título Control of Classes of Linear Discrete-Time Parameter-Varying Systems under Input Constraints
Abstract: This work proposes control laws for the regional stabilization of two classes of discrete-time linear parameter-varying (LPV) systems under input constraints. The first one consists of systems subject to time-varying delay in the states, saturating actuators and energy bounded disturbances. For such a class, we establish convex conditions to design static state-feedback controllers as well as dynamic output-feedback controllers ensuring the regional input-to-state stability (ISS) of the control loop. The proposed conditions take into account the variation of the delay between two consecutive instants, which leads to better estimates of the region of attraction supporting higher levels of disturbances. The approach is based on the rewritten of the time-delay system with input saturation in terms of a switched augmented delay-free system with a dead-zone non-linearity. The second class comprises the systems with saturating actuators inserted in communication networks with limited bandwidth. In this case, we formulate convex conditions to synthesize event-triggering state-feedback controllers as well as event-triggering dynamic output feedback controllers ensuring the regional asymptotic stability of the closed-loop system while indirectly reducing the number of data transmissions over the communication channels. The proposed event-triggering policies indicate, for instance, whether the states or the output should be transmitted over the network or not. The use of the Lyapunov theory in all cases leads to conditions in the form of linear matrix inequalities (LMIs), which can be efficient solved by computational packages. Some numerical examples are provided to testify the validity and the effectiveness of our approach and to make comparisons with similar ones in the literature.

Defesa de Doutorado – Vinícius Berndsen Peccin – 17/9/2021

18/08/2021 21:43
Defesa de Tese de Doutorado
Aluno Vinícius Berndsen Peccin
Orientador

Coorientador

Prof. Julio Elias Normey-Rico, Dr. – DAS/UFSC

Prof. Rodolfo Cesar Costa Flesch, Dr. – DAS/UFSC

Data

 

17/9/2021  14h  (sexta-feira)

Videoconferência (https://meet.google.com/qua-swrc-jjd)

 

 

Banca

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

Prof. Ricardo Hiroshi Caldeira Takahashi, Dr. – MAT/UFMG;

Prof. Douglas Wildgrube Bertol, Dr. – EEL/UDESC;

Prof. Eduardo Camponogara, Dr. – DAS/UFSC.

Título Controle Preditivo Baseado em Modelo de Cômputo Rápido: contribuições em Algoritmos Embarcados com Otimização Online para Formulações Entrada-Saída
Resumo: As principais contribuições inéditas desta tese são os algoritmos de controle preditivo baseado em modelo (MPC) de cômputo rápido com otimização online e a proposição de arquiteturas de implementação em computação paralela. Foram abordados o controle preditivo generalizado (GPC) e o controle por matriz dinâmica (DMC), que são as formulações entrada-saída de MPC mais utilizadas na indústria. Dos seis algoritmos propostos, cinco deles utilizam a formulação GPC e o outro a formulação DMC. Em cada algoritmo é utilizado um método de otimização com características distintas. São também propostas generalizações para o caso de múltiplas entradas e múltiplas saídas. Os algoritmos GPCGPAD e GPCFAMA foram os que apresentaram o melhor desempenho no quesito do tempo de cômputo. Para esses dois métodos são também fornecidos meios de se calcular o limite superior do número de iterações do método de otimização, de modo a descobrir o pior caso de tempo de execução. Os algoritmos propostos foram testados e comparados em simulação. Os estudos de caso considerados nas simulações foram um inversor de frequência trifásico com filtro LCL e conectado à rede e uma coluna de destilação de laboratório. Quanto às arquiteturas, foram desenvolvidos métodos de implementação dos algoritmos em um FPGA, explorando as vantagens de paralelismo da descrição direta em hardware. Foi proposta uma solução paralela para a multiplicação matricial em aritmética de ponto fixo, por ser a operação computacional mais custosa. Outra contribuição inédita é a proposição de um precondicionamento do problema de otimização resultante do GPC que obteve uma diminuição de até 11% no tempo de cômputo na arquitetura de implementação proposta. Os testes em FPGA apresentaram resultados rápidos com o tempo de cômputo do sinal de controle da ordem de microssegundos. A tese está formatada como uma coleção de artigos. São apresentados cinco artigos, diretamente ligados à pesquisa, organizados em cada capítulo.

Defesa de Mestrado – Jessica Junia Santillo Costa – 14/9/2021

17/08/2021 13:58
Defesa de Dissertação de Mestrado
Aluno Jessica Junia Santillo Costa
Orientador

Coorientador

Prof. Rômulo Silva de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC

Prof. Luis Fernando Arcaro, Dr. – EMBRAER

Data 14/9/2021 (terça-feira) – 15h30

Videoconferência (https://meet.google.com/rpv-pwxx-wps)

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

Prof. Rodrigo Lange, Dr. – IFRS;

Prof. Rafael Rodrigues Obelheiro, Dr. – DCC/UDESC;

Prof. Cristian Koliver, Dr. – INE/UFSC.

Título Emprego de Medição na Estimação do Tempo de Execução no Pior Caso para Sistemas de Tempo Real
Resumo: O objetivo deste trabalho é a avaliação de métodos e técnicas para estimar o tempo de execução no pior caso (WCET), em aplicações de tempo real executadas em hardware com recursos de aceleração complexos. Busca-se avaliar a aplicação da Análise de Tempo Probabilística Baseada em Medições (MBPTA) para estimação do WCET, utilizando como estudo de caso um sistema operacional que busca atender aos aspectos funcionais e temporais exigidos pela especificação ARINC 653 executado sobre uma plataforma BeagleBone. Testes foram feitos com a inserção de Benchmarks em diferentes partições do sistema operacional. Os Benchmarks implementados foram o fibcall, o bsort e o lms do projeto Mälardalen e o dijkstra do projeto TACLeBench. Diversos testes foram realizados para avaliar se o comportamento temporal da aplicação estava sujeito a variações. Os testes realizados comprovaram que o isolamento temporal e espacial, que deveria ser estabelecido por meio do particionamento do SO segundo a especificação ARINC  653, não é, por vezes, respeitado em função das características do hardware utilizado. Dois cenários foram usados nos testes em que foram coletadas 10 amostras com 50.000 medições. Apesar da existência de fatores que podem afetar o comportamento temporal da aplicação, o comportamento em regime se apresentou estável e, de maneira geral, a técnica MBPTA baseada na Teoria de Valores Extremos usando a abordagem Máximos de Blocos pôde ser aplicada e os resultados obtidos foram satisfatórios. Para cada cenário, foram usados 3 diferentes tamanhos de blocos e 3 diferentes quantidades de blocos. Foram gerados pWCETs (probabilistic WCETs) para 4 diferentes probabilidades de excedência. No caso da probabilidade de excedência de , ainda que 50 valores distintos de pWCET tenham sido obtidos, a diferença entre o maior e o menor valor obtido foi menor do que 1%, mostrando que o método, apesar de sua variabilidade inerente, fornece resultados consistentes. Em todos os casos, a mediana dos pWCETs () obtidos foi maior do que o maior valor observado.

Defesa de Doutorado – Suelen Macedo Laurindo – 27/8/2021

12/08/2021 21:24
Defesa de Tese de Doutorado
Aluna Suelen Macedo Laurindo
Orientador

Coorientador

Prof. Ricardo Alexandre Reinaldo de Moraes, Dr. – PPGEAS/UFSC

Prof. Carlos Barros Montez, Dr. – DAS/UFSC

Data

 

27/8/2021  9h  (sexta-feira)

Videoconferência (meet.google.com/xzi-zkjy-icn)

 

 

Banca

Prof. Ricardo Alexandre R. de Moraes, Dr. – PPGEAS/UFSC (presidente);

Prof. Daniel Gouveia Costa, Dr. – DTEC/UEFS;

Prof. Richard Demos de Souza, Dr. – EEL/UFSC;

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

Prof. Érico Meneses, Dr. – UFPI.

Título Relay Selection Technique Applied to Wireless Sensor Network: the ORST Approach
Abstract: Wireless sensor networks (WSNs) are increasingly prevalent in everyday life (for example, in healthcare, smart cities, smart agriculture, Industry 4.0, and the sustainable use of terrestrial ecosystems), as they can facilitate daily activities and improve quality of life. However, in all these applications, the reliability of communication remains a challenge due to the nature of wireless communication channels, which are subject to electromagnetic noise and obstacles between nodes that can attenuate or reflect the signal. To minimize these problems, cooperative diversity techniques and retransmission mechanisms are efficient strategies that can be applied. In cooperative diversity techniques, several nodes are selected as relays and are responsible for transmitting both their own data and data from other nodes that have been previously stored. Relay selection is a critical step that may affect the quality of transmission, and it is therefore important to find the most appropriate selection criteria for the operation of the network. In addition, network coding techniques are widely used retransmission mechanisms in which intermediary nodes act upon the retransmitted messages and modify them using specific mathematical coding techniques. Network coding techniques are a promising solution for minimizing transmission delay, balancing the network load, and improving the network throughput. In this context, this thesis examines the limitations on reliable communication in WSNs by treating the communication in a holistic way. As a contribution in this thesis, we highlight: (i) a systematic review on relay selection techniques; (ii) the proposal and validation of a new technique for selecting relay nodes, which we call ORST (Optimized Relay Selection Technique); (iii) an analysis of the parameters used in the selection of relay nodes in the ORST technique; (iv) an analysis of the solutions used in the relay selection problem of the ORST technique; (v) a systematic review of network coding techniques; (vi) the proposal of a network coding technique together with the proposal of four retransmission mechanisms, three of which consider the network coding technique and one do not use network coding; and finally, (vii) an analysis of the operation of a WSN when using the ORST technique and retransmission mechanisms, with and without network coding. To evaluate the cooperative selection technique and the retransmission mechanisms, the network simulation tool OMNeT++ and the WSN framework Castalia were used. The initial assumption underlying this research work was that the use of the proposed relay selection technique in conjunction with a retransmission mechanism that used network coding would improve the communication reliability of a WNS; however, the simulation results showed that when the proposed relay selection technique was used, retransmission without network coding was a better solution.