| dc.contributor |
Universidade Federal de Santa Catarina. |
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| dc.contributor.advisor |
Matsuo, Marcos Vinicius |
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| dc.contributor.author |
Gaertner, Marianne |
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| dc.date.accessioned |
2026-07-14T09:57:35Z |
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| dc.date.available |
2026-07-14T09:57:35Z |
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| dc.date.issued |
2026-07-08 |
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| dc.identifier.uri |
https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/274187 |
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| dc.description |
TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Blumenau, Engenharia de Controle e Automação. |
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| dc.description.abstract |
Este trabalho apresenta a implementação do algoritmo de Otimização por Enxame de
Partículas com aritmética de ponto fixo, aplicada à identificação dos parâmetros de uma
função de transferência de segunda ordem que rege o funcionamento de um conversor
CC-CC do tipo boost. O algoritmo é inicialmente implementado em aritmética de ponto
flutuante no Matlab, etapa que estabelece a referência de comparação para as demais implementações. Em seguida, desenvolve-se uma implementação equivalente em aritmética
de ponto fixo, definindo as operações de multiplicação, adição e subtração necessárias para
reproduzir o comportamento do algoritmo com palavras de 32 bits com sinal. Adicionalmente, os dois principais blocos computacionais do algoritmo, o cálculo da função custo e
a atualização da velocidade e posição das partículas, são também descritos em linguagem
de descrição de hardware VHDL, visando a futura síntese do algoritmo em dispositivos
FPGA. Para a atualização da velocidade e posição, adota-se uma máquina de estados
finitos com reutilização sequencial de um único componente multiplicador, estratégia que
reduz o consumo de blocos multiplicadores dedicados em relação a uma implementação
totalmente paralela, viabilizando a síntese em FPGAs de menor porte. Os blocos desenvolvidos em VHDL são validados por meio de simulação no ModelSim, comparando os
resultados obtidos com os valores calculados pela implementação de referência em ponto
fixo no Matlab, para os mesmos estímulos de entrada. A implementação em ponto fixo
estima os parâmetros da planta com precisão próxima à obtida pela implementação em
ponto flutuante, indicando que a quantização introduzida pela representação em ponto fixo
não compromete a capacidade de convergência do algoritmo no cenário testado. Os blocos
desenvolvidos em VHDL reproduzem, em hardware, os mesmos resultados calculados em
software, evidenciando a equivalência funcional entre as duas implementações. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade da aritmética de ponto fixo para a implementação
do algoritmo PSO em sistemas embarcados e estabelece uma base para futura integração
dos blocos validados em um sistema completo executado em FPGA. |
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| dc.description.abstract |
This work presents the implementation of the Particle Swarm Optimization algorithm
using fixed-point arithmetic, applied to the parameter identification of a second-order
transfer function that models a boost DC-DC converter. The algorithm is initially implemented in floating-point arithmetic in Matlab, a step that establishes the comparison
reference for subsequent implementations. Next, an equivalent fixed-point implementation
is developed, defining the specific multiplication, addition, and subtraction operations
required to replicate the algorithm’s behavior using signed 32-bit words. Additionally, the
two main computational blocks of the algorithm, the cost function calculation and the
particle velocity and position update, are also described in VHDL hardware description
language, aiming at the future synthesis of the algorithm in FPGA devices. For the velocity
and position update, a finite state machine with sequential reuse of a single multiplier
component is adopted, a strategy that reduces the consumption of dedicated multiplier
blocks compared to a fully parallel implementation, enabling synthesis in smaller FPGAs.
The developed VHDL blocks are validated through simulation in ModelSim by comparing
their outputs with the values computed by the fixed-point Matlab reference implementation under the same input stimuli. The fixed-point implementation estimates the plant
parameters with an accuracy close to that of the floating-point version, indicating that
the quantization noise introduced by the fixed-point representation does not compromise
the algorithm’s convergence capability in the tested scenario. The blocks developed in
VHDL reproduce, in hardware, the same results calculated in software, demonstrating the
functional equivalence between both implementations. The results obtained demonstrate
the viability of fixed-point arithmetic for the implementation of the PSO algorithm in
embedded systems and establish a base for future integration of the validated blocks into
a complete system executed on an FPGA. |
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| dc.format.extent |
59 f |
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| dc.language.iso |
por |
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| dc.publisher |
Blumenau, SC. |
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| dc.rights |
Open Access. |
en |
| dc.subject |
Otimização por Enxame de Partículas |
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| dc.subject |
Ponto fixo |
pt_BR |
| dc.subject |
Identificação de sistemas |
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| dc.subject |
VHDL |
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| dc.subject |
FPGA |
pt_BR |
| dc.title |
Implementação do Algoritmo de Otimização por Enxame de Partículas utilizando Aritmética de Ponto Fixo |
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| dc.type |
TCCgrad |
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