Energy Harvesting for Autonomous Underwater Vehicles

In this study, energy production for autonomous underwater vehicles is investigated. This project is part of a bigger project called TURTLE. The autonomous vehicles perform oceanic researches at seabed for which they are intended to be kept operational underwater for several months. In order to ful l a long-term underwater condition, powerful batteries are combined with \micro- scale" energy production on the spot. This work tends to develop a system that generates power up to a maximum of 30 W. Latter energy harvesting structure consists basically of a turbine combined with a generator and low-power electronics to adjust the achieved voltage to a required battery charger voltage. Every component is examined separately hence an optimum can be de ned for all, and subsequently also an overall optimum. Di erent design parameters as e.g. number of blades, solidity ratio and cross-section area are compared for di erent turbines, in order to see what is the most feasible type. Further, a generator is chosen by studying how ux distributions might be adjusted to low velocities, and how cogging torque can be excluded by adapted designs. Low-power electronics are con gured in order to convert and stabilize heavily varying three-phase voltages to a constant, recti ed voltage which is usable for battery storage. Clearly, di erent component parameters as maximum power and torque are matched here to increase the overall power generation. Furthermore an overall maximum power is set up for achieving a maximum power ow at load side. Due to among others typical low velocities of about 0.1 to 0.5 m/s, and constructing limits of the prototype, the vast range of components is restricted to only a few that could be used. Hence, a helical turbine is combined in a direct drive mode to a coreless-stator axial- ux permanent-magnet generator, from which the output voltage is adjusted subsequently by a recti er, impedance matching unit, upconverter circuit and an overall control unit to regulate di erent component parameters. All these electronics are combined in a closed-loop design to involve positive feedback signals. Furthermore a theoretical con guration for the TURTLE vehicle is described in this work and a solution is proposed that might be implemented, for which several design tests are performable in a future study.

Sistema de Controlo Remoto de Luzes de Aeródromo

Este relatório apresenta o trabalho realizado no âmbito da unidade curricular de Dissertação do Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores – área de especialização de Automação e Sistemas. O trabalho realizado consiste no desenvolvimento de um Sistema de Controlo Remoto de Luzes de Aeródromo (SCRLA) que pode ser aplicado em paralelo aos comandos locais de controlo das luzes de aproximação, pista ou circulação, entre outras, de uma infra-estrutura aeroportuária. O objectivo fundamental deste sistema consiste em permitir ao piloto de uma aeronave o acendimento das luzes do aeródromo desde a própria aeronave, recorrendo apenas ao equipamento de rádio VHF existente a bordo da mesma e que é normalmente usado para comunicações com os serviços de controlo de tráfego aéreo. Este sistema, em aeródromos com possível operação nocturna (e.g., heliportos de hospitais), permite uma redução dos custos associados a despesas com eventual pessoal técnico ou a redução da carga de trabalho neste, e uma diminuição do consumo de energia eléctrica, uma vez que as luzes apenas são acendidas quando necessário. Este sistema permite também reduzir a poluição luminosa no ambiente e contribui positivamente para a longevidade dos equipamentos luminosos. No desenvolvimento do sistema, foram adquiridos e/ou aplicados conhecimentos nas áreas de navegação aérea, infra-estruturas aeroportuárias, telecomunicações, normalização e estandardização, electrónicas analógica e digital, programação de baixo nível em microcontroladores, desenho e construção de circuitos impressos, desenho e construção mecânica.

Melhoria do Processo Produtivo da Pietec Através das Ferramentas Kaizen

Esta Tese de Mestrado foi realizada na empresa Pietec Cortiças S.A.. A empresa Pietec Cortiças S.A. é a unidade industrial responsável pela produção de rolhas técnicas de cortiça do Grupo Piedade. O objetivo desta tese prende-se com a melhoria do processo produtivo de uma das suas secções, a secção da Marcação. Esta secção é responsável pela marcação da superfície da rolha, pela aplicação do tratamento de superfície e pelo embalamento das rolhas. A otimização do processo da secção de Marcação, na qualidade de última secção do processo produtivo, permitirá à empresa obter vantagens competitivas. De forma a atingir o objetivo proposto, foi realizado um levantamento exaustivo do processo produtivo e das respetivas operações. Esta análise permitiu a identificação dos possíveis pontos de desperdício, a sua avaliação e a definição de possíveis melhorias que visam o aumento de produtividade e a redução do número de produtos não conformes. Uma vez identificados os pontos críticos do processo, procedeu-se à definição das ações de melhoria a implementar de forma a melhorar o processo produtivo. As ações tomadas assentam na filosofia Lean e nos seus princípios, utilizando-se algumas das ferramentas desta filosofia para concretizar os objetivos traçados. A ferramenta de análise Plan-Do-Check-Act (PDCA) foi a ferramenta base do projeto, acompanhando na elaboração do plano de ação, na implementação das ferramentas 5S e Single Minute Exchange of Die (SMED), na verificação dos resultados e no plano de manutenção das melhorias alcançadas. Após a implementação das medidas definidas no processo de marcação da superfície das rolhas, foi mensurada uma melhoria de 23 % no tempo médio de setup da máquina de marcação. Esta melhoria global foi alcançada através de intervenções no processo de vazamento do circuito da máquina de marcação, no procedimento de armazenamento dos moldes de marcação e na alteração dos mecanismos de ajuste da máquina de marcar e de orientar. No processo de embalamento das rolhas, as medidas implementadas produziram um aumento de 1,7 % no número de rolhas produzidas e uma redução do número de rolhas não conformes de 3,6 %. Os resultados obtidos no projeto demonstram que é possível continuar a melhorar o estado atual dos processos. Constatou-se ainda que, com a adoção de ferramentas de análise e de proposta de melhoria adequadas, é possível atuar sobre os processos e obter melhorias a curto prazo, sem que para isso seja necessário efetuar grandes investimentos.

Estado da Arte da Computação Evolutiva Aplicada à Eletrónica

A Computação Evolutiva enquadra-se na área da Inteligência Artificial e é um ramo das ciências da computação que tem vindo a ser aplicado na resolução de problemas em diversas áreas da Engenharia. Este trabalho apresenta o estado da arte da Computação Evolutiva, assim como algumas das suas aplicações no ramo da eletrónica, denominada Eletrónica Evolutiva (ou Hardware Evolutivo), enfatizando a síntese de circuitos digitais combinatórios. Em primeiro lugar apresenta-se a Inteligência Artificial, passando à Computação Evolutiva, nas suas principais vertentes: os Algoritmos Evolutivos baseados no processo da evolução das espécies de Charles Darwin e a Inteligência dos Enxames baseada no comportamento coletivo de alguns animais. No que diz respeito aos Algoritmos Evolutivos, descrevem-se as estratégias evolutivas, a programação genética, a programação evolutiva e com maior ênfase, os Algoritmos Genéticos. Em relação à Inteligência dos Enxames, descreve-se a otimização por colônia de formigas e a otimização por enxame de partículas. Em simultâneo realizou-se também um estudo da Eletrónica Evolutiva, explicando sucintamente algumas das áreas de aplicação, entre elas: a robótica, as FPGA, o roteamento de placas de circuito impresso, a síntese de circuitos digitais e analógicos, as telecomunicações e os controladores. A título de concretizar o estudo efetuado, apresenta-se um caso de estudo da aplicação dos algoritmos genéticos na síntese de circuitos digitais combinatórios, com base na análise e comparação de três referências de autores distintos. Com este estudo foi possível comparar, não só os resultados obtidos por cada um dos autores, mas também a forma como os algoritmos genéticos foram implementados, nomeadamente no que diz respeito aos parâmetros, operadores genéticos utilizados, função de avaliação, implementação em hardware e tipo de codificação do circuito.

Matrix fractional systems

This paper addresses the matrix representation of dynamical systems in the perspective of fractional calculus. Fractional elements and fractional systems are interpreted under the light of the classical Cole–Cole, Davidson–Cole, and Havriliak–Negami heuristic models. Numerical simulations for an electrical circuit enlighten the results for matrix based models and high fractional orders. The conclusions clarify the distinction between fractional elements and fractional systems.

Cutting path as a rural postman problem

The Rural Postman Problem (RPP) is a particular Arc Routing Problem (ARP) which consists of determining a minimum cost circuit on a graph so that a given subset of required edges is traversed. The RPP is an NP-hard problem with significant real-life applications. This paper introduces an original approach based on Memetic Algorithms - the MARP algorithm - to solve the RPP and, also deals with an interesting Industrial Application, which focuses on the path optimization for component cutting operations. Memetic Algorithms are a class of Metaheuristics which may be seen as a population strategy that involves cooperation and competition processes between population elements and integrates “social knowledge”, using a local search procedure. The MARP algorithm is tested with different groups of instances and the results are compared with those gathered from other publications. MARP is also used in the context of various real-life applications.

Estudo da qualidade de processos na fabricação de semicondutores

A indústria de semicondutores é um sector em permanente evolução tecnológica. A tendência de miniaturização e de otimização do espaço, a necessidade de produzir circuitos cada vez mais complexos, a tendência para o incremento do número de camadas em cada circuito integrado, são as condições necessárias para que a evolução tecnológica nesta área seja uma constante. Os processos ligados à produção de semicondutores estão também em permanente evolução, dada a pressão efetuada pelas necessidades acima expostas. Os equipamentos necessitam de uma crescente precisão, a qual tem que ser acompanhada de procedimentos rigorosos para que a qualidade atingida tenha sempre o patamar desejado. No entanto, a constante evolução nem sempre permite um adequado levantamento de todas as causas que estão na origem de alguns problemas detetados na fabricação de semicondutores. Este trabalho teve por objetivo efetuar um levantamento dos processos ligados ao fabrico de semicondutores a partir de uma pastilha de silício (wafer) previamente realizada, identificando para cada processo os possíveis defeitos introduzidos pelo mesmo, procurando inventariar as causas possíveis que possam estar na origem desse defeito e realizar procedimentos que permitam criar regras e procedimentos perfeitamente estabelecidos que permitam aprender com os erros e evitar que os mesmos problemas se possam vir a repetir em situações análogas em outros produtos de uma mesma família.

Three transducers for one photodetector: essays for optical communications

Dissertation presented to obtain the PhD degree in Electrical and Computer Engineering - Electronics

Design of switched-capacitor filters using low gain amplifiers

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Reconfiguração e desenvolvimento do sistema de controlo de um AGV

O veículo guiado automaticamente (AGV) adquirido pelo Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) tem vindo a ficar obsoleto devido ao hardware, que nos dias de hoje começa a dar sinais de falhas bem como falta de peças de substituição, e ao software, sendo o PLC (Programmable Logic Controller) usado muito limitado quanto às suas funções de controlo, ficando as principais tarefas de controlo do AGV a cargo de placas eletrónicas de controlo. Para promover o controlo autónomo do AGV, foi decidido retirar toda a parte de hardware que detinha o controlo do mesmo e passou a ser um novo PLC, com maior capacidade de processamento, a executar todo o tipo de controlo necessário ao funcionamento do mesmo. O hardware considerado apenas incluí, de forma resumida, os motores responsáveis pelo movimento e direção, placa de controlo de potência dos motores, placa de interface entre as saídas digitais do PLC e as entradas da placa de controlo de potência dos motores e os demais sensores necessários à deteção de obstáculos, fins de curso da direção, sensores dos postos de trabalho e avisadores de emergência. Todo o controlo de movimento e direção bem como a seleção das ações a executar passou a ficar a cargo do software programado no PLC assim como a interação entre o sistema de supervisão instalado num posto de controlo e o PLC através de comunicação via rádio. O uso do PLC permitiu a flexibilidade de mudar facilmente a forma como as saídas digitais são usadas, ao contrário de um circuito eletrónico que necessita de uma completa remodelação, tempo de testes e implementação para efetuar a mesma função. O uso de um microcontrolador seria igualmente viável para a aplicação em causa, no entanto o uso do PLC tem a vantagem de ser robusto, mais rápido na velocidade de processamento, existência de software de interface de programação bastante intuitivo e de livre acesso, facilidade de alterar a programação localmente ou remotamente, via rádio, acesso a vários protocolos de comunicação robustos como Modbus, Canbus, Profinet, Modnet, etc., e acesso integrado de uma consola gráfica totalmente programável. iv É ainda possível a sua expansão com adição de módulos de entradas e saídas digitais e/ou analógicas permitindo expandir largamente o uso do AGV para outros fins. A solução está a ser amplamente testada e validada no Laboratório de Automação (LabA) do Departamento de Engenharia Mecânica do ISEP (Instituto Superior de Engenharia do Porto), permitindo a otimização dos sistemas de controlo de direção bem como a interatividade entre o PLC e o programa de interface/supervisão do posto de trabalho.

Projecto e implementação de uma fonte de alta tensão para produção de descargas eléctricas

O objetivo deste trabalho consistiu em projetar, construir e testar um protótipo em laboratório de uma fonte de alimentação de alta tensão que permita descargas elétricas {estáveis e de dimensões reduzidas}, de modo a que possa ser utilizada, dada a sua essencialidade, na fabricação de redes de período longo (LPG) em fibra ótica nos chamados turning points. Estes são pontos de elevada sensibilidade, fundamentais no desenvolvimento tecnológico de sensores em fibra ótica, em particular, de sensores refractométricos. O protótipo da fonte de alimentação é composto por um regulador do tipo BUCK, um inversor para alimentação do transformador de alta tensão, o circuito de realimentação e controlo PWM e um microcontrolador para o comando da fonte. Posteriormente procedeu-se à otimização dos parâmetros de descarga, o que conduziu a fabricação de redes de período longo com períodos inferiores a 150 micrómetros. Este é um resultado sem paralelo a nível internacional no que concerne ao uso da técnica do arco elétrico.

Controller implementation using analog reconfigurable hardware (FPAA)

This Thesis has the main target to make a research about FPAA/dpASPs devices and technologies applied to control systems. These devices provide easy way to emulate analog circuits that can be reconfigurable by programming tools from manufactures and in case of dpASPs are able to be dynamically reconfigurable on the fly. It is described different kinds of technologies commercially available and also academic projects from researcher groups. These technologies are very recent and are in ramp up development to achieve a level of flexibility and integration to penetrate more easily the market. As occurs with CPLD/FPGAs, the FPAA/dpASPs technologies have the target to increase the productivity, reducing the development time and make easier future hardware reconfigurations reducing the costs. FPAA/dpAsps still have some limitations comparing with the classic analog circuits due to lower working frequencies and emulation of complex circuits that require more components inside the integrated circuit. However, they have great advantages in sensor signal condition, filter circuits and control systems. This thesis focuses practical implementations of these technologies to control system PID controllers. The result of the experiments confirms the efficacy of FPAA/dpASPs on signal condition and control systems.

Sistema de apoio à decisão para o reaprovisionamento intercontinental

Este estudo foi desenvolvido em contexto empresarial e apresenta o levantamento de uma oportunidade de melhoria conjunta nos processos de gestão de stocks, compras e logística com o objetivo de otimizar a seleção e envio dos artigos com necessidade de reposição. O caso de estudo apresentado neste documento retrata o circuito logístico entre uma empresa sediada em Angola e outra em Portugal. A primeira dedica-se à venda por grosso e a retalho que é fornecida pela segunda, onde também está concentrada a gestão de aprovisionamento. Integrando uma sociedade menos desenvolvida como Angola, a delicadeza e complexidade dos problemas associam-se à incerteza, tornando um ambiente propício para a identificação e implantação de melhorias nos processos de decisão, colmatando a dependência de apoio em sistemas e serviços externos. Com uma logística de abastecimento intercontinental, a seleção e envio de mercadoria é uma preocupação dos gestores, uma vez que o tempo de fornecimento é longo e poderá afetar a performance das vendas caso seja uma decisão não sustentada. Com o foco no apoio à decisão, desenvolveu-se uma ferramenta que incorpora os detalhes da atividade empresarial que permite selecionar os artigos para reposição, maximizando o seu potencial valor de vendas.

Reference-free high-speed cmos pipeline analog-to-digital converters

Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Electrical and Computer Engineering of the Faculdade de Ciências e Tecnologia of Universidade Nova de Lisboa

Reclamações : a sua importância nas unidades de saúde privadas : um estudo de caso

RESUMO - O sector privado da saúde tem registado um forte crescimento em Portugal. Como principais factores apontam-se a crescente preocupação dos indivíduos com a sua saúde, o aumento do poder de compra, a possibilidade de exercer a escolha do seu prestador de cuidados, o maior conforto proporcionado no consumo de cuidados de saúde e o acesso mais rápido a esses cuidados (por comparação com o serviço público). Em consequência desses factores, existe por parte da instituição privada de saúde a necessidade de apostar num sistema de gestão de reclamações capaz de dar uma resposta rápida às necessidades, expectativas e preferências do indivíduo enquanto doente e cliente. Nesse âmbito, desenvolveu-se um estudo de investigação qualitativo. Recorreu-se à realização de entrevistas semi-estruturadas cujo tratamento foi submetido à técnica de análise de conteúdo. Procurou-se perceber o que pensam os responsáveis pela gestão e tratamento das reclamações acerca da importância do circuito de reclamação, da utilização das reclamações como uma ferramenta de gestão e qual o seu impacto na estratégia da instituição privada de saúde. Dos resultados obtidos, verifica-se que, à data, dá-se ainda pouca relevância a este tema, observando-se falhas a nível do circuito de reclamação. Hoje, a reclamação é ainda pouco utilizada e perspectivada como uma ferramenta de gestão. O seu impacto na estratégia da instituição, apesar de ser relevante, tem potencial para ser melhorado, na perspectiva da learning organization. Seria importante articular as estratégias de qualidade, com a formação dos profissionais na área da reclamação, implementação ou melhoria dos instrumentos utilizados nas respostas ao cliente e à entidade reguladora do sector, bem como com o redesenho do circuito do sistema de informação nesta área.