Investigação de arquiteturas embarcadas de gêmeos digitais aplicadas a sistemas de eletrônica de potência

Descrição

O avanço dos sistemas ciberfísicos, da digitalização industrial e das arquiteturas inteligentes de supervisão tem ampliado significativamente o interesse científico e tecnológico em aplicações de gêmeos digitais (Digital Twins – DTs) voltadas a sistemas industriais e energéticos. No contexto da eletrônica de potência, tais arquiteturas apresentam elevado potencial para aplicações relacionadas ao monitoramento operacional, sincronização entre sistemas físicos e digitais, manutenção preditiva, supervisão inteligente e integração entre controle em tempo real e processamento computacional distribuído. Apesar dos avanços recentes, grande parte das aplicações de gêmeos digitais permanece concentrada em arquiteturas computacionais baseadas em nuvem ou em sistemas externos de supervisão, existindo ainda desafios relevantes associados à implementação de arquiteturas embarcadas capazes de operar sob restrições temporais rigorosas típicas de sistemas de eletrônica de potência e acionamentos elétricos. Em aplicações desse tipo, funções relacionadas ao controle sincronizado ao PWM, aquisição de sinais, atualização de malhas de controle e supervisão operacional precisam coexistir de forma determinística e temporalmente coordenada. Nesse contexto, o presente projeto de pesquisa propõe investigar arquiteturas embarcadas de gêmeos digitais aplicadas a sistemas de eletrônica de potência, considerando estratégias de sincronização operacional, processamento distribuído e separação funcional entre tarefas críticas de controle e funções supervisórias associadas ao gêmeo digital. A proposta contempla duas frentes principais de investigação executadas em paralelo. A primeira está associada ao desenvolvimento e avaliação de arquiteturas embarcadas utilizando o kit MCK-RA8T2 da Renesas Electronics, baseado em arquitetura dual-core composta por núcleos Arm Cortex-M85 e Cortex-M33, permitindo investigar mecanismos relacionados à execução determinística, arquiteturas multi-rate, compartilhamento de memória e integração entre controle em tempo real e supervisão inteligente. A segunda frente está relacionada ao desenvolvimento de um gêmeo digital mínimo aplicado a sistemas fotovoltaicos, utilizando dados reais provenientes da usina solar da UFAL e do respectivo sistema de aquisição de dados instalado na planta experimental. Essa abordagem permitirá investigar estratégias simplificadas de sincronização entre sistema físico e modelo digital, análise operacional e supervisão energética a partir de dados reais de operação. As atividades do projeto envolverão levantamento bibliográfico e tecnológico, modelagem computacional, desenvolvimento embarcado, integração entre sistemas físicos e modelos digitais, simulações computacionais, estudos utilizando plataformas Hardware-in-the-Loop (HIL) e avaliação experimental das arquiteturas propostas. Do ponto de vista científico e tecnológico, espera-se contribuir para o avanço de pesquisas relacionadas à integração entre eletrônica de potência, sistemas embarcados, edge computing e gêmeos digitais leves aplicados a sistemas industriais e energéticos. Além disso, o projeto busca consolidar bases para futuras aplicações relacionadas à supervisão inteligente, monitoramento operacional e manutenção preditiva em sistemas de eletrônica de potência. O presente projeto encontra-se alinhado ao projeto aprovado na Chamada CNPq Nº 23/2025 – Bolsas de Produtividade em Pesquisa do CNPq, cujo processo de renovação resultou na progressão do proponente da categoria PQ-1C para PQ-B. Considerando a convergência temática entre as propostas e a proximidade entre os períodos de execução previstos para o projeto PQ e os programas PIBIC/PIBIT 2026–2027, espera-se que a presente pesquisa contribua para o fortalecimento das atividades de formação científica e tecnológica associadas às linhas de pesquisa desenvolvidas no âmbito institucional.