Les travaux de recherche de ce mémoire portent sur la contribution à l’ordonnancement et à la robustesse d’ateliers de traitement de surface pour une production mono-robot/multi-produits.Une ligne de traitement de surface est constituée d’une succession de cuves dans lesquelles une opération chimique, de durée définie sur un intervalle de temps, appelé fenêtre, doit être réalisée. Ce type de ligne est en particulier contraint par un robot, se déplaçant sur un rail au dessus des cuves et assurant le transport du produit à traiter. Ce problème d’ordonnancement traité, appelé SHMP (Single-Hoist/Multi-Products) est connu pour être NP-difficile, même avec un seul produit et une seule ressource de transport. Basé sur les techniques de satisfaction de contraintes, un algorithme a été développé et mis en œuvre avec succès pour l’atelier de traitement de surfaces étudié. L’utilisation de l’hybridation de ce même algorithme avec d’autres méthodes s’est avérée intéressante et efficace pour déterminer des solutions de meilleure qualité. Nous avons également montré que le recours aux algorithmes génétiques pour l’optimisation du problème job shop mono-robot/multi-produits étudié conduit à des résultats encore plus intéressants et significatifs.La robustesse a aussi été considérée pour l’étude de l’influence des perturbations sur l’ordonnancement. Pour cela, la distinction de divers scénarii a été nécessaire pour l’étude de l’influence d’une perturbation au niveau du chariot. La détermination systématique d’un ordonnancement robuste a été ensuite menée, avec succès, par application d’une méthode d’évaluation multi-critères / In this thesis we study the automated electroplating lines. In these lines, the products are immerged in different tanks. The processing times are bounded. The lower bound represents the minimum time to treat the product while the upper bound depends on the treatment.A classical objective is to find the robot moves which minimize the cycle time, this is called ”hoist scheduling problem” (HSP). In this thesis, we study particularly the single-hoist/multi-products.In this direction, three approaches are presented to solve the single-hoist/multi-products problem with introducing the hoist moves time: constraints satisfaction algorithm based on non standard criteria witch the hoist wait time, hybridization with classical heuristics improving the obtained results, and finally the genetic algorithm to optimize the cycle time. Robustness’ notions are finally exploited in the presence of a disturbance at the critical resource of the workshop which is the hoist.The systematic determination of a robust scheduling has been conducted successfully introducing new performance indicators and by applying a multicriteria evaluation method

Neste trabalho o autor programa e avalia algoritmos para análise e otimização de pressão sonora desenvolvidos para sistemas acoplados vibroacústicos, verificando o desempenho da análise da resposta e comparando a adequação dos algoritmos de Programação Quadrática Sequencial (SQP - Sequencial Quadratic Programming) e Genético na otimização da resposta. A otimização da resposta é implementada no programa acadêmico de elementos finitos Meflab, e utiliza para otimização a função fmincon disponível no programa comercial Matlab®. Igualmente a otimização da resposta é implementada através de um código desenvolvido de algoritmos genéticos. Para os casos acoplados estudados o algoritmo SQP mostra uma redução da pressão sonora inicial inferior ao algoritmo Genético, para casos desacoplados o método SQP consegue reduções maiores. Os resultados foram validados através de formulações analíticas disponíveis e comparados em alguns casos com soluções de programas comerciais. / In this work the author implements in a software and evaluates algorithms for analysis and optimization of the sound pressure developed for coupled vibroacoustic systems, checking the performance and response analysis comparing the suitability of the Sequencial Quadratic Programming (SQP) and Genetic algorithms in optimizing response. The optimization of the response is implemented in the academic program Meflab finite element, and uses optimization function fmincon available in the commercial program Matlab ®. Also the optimization of the response is implemented through a code developed genetic algorithms. For the coupled cases studied the SQP algorithm recduce less the inicial sunde pressure tha Genetic algorithm, for uncoupled cases SQP method has a bigger reduccion. The results were validated by analytical formulations available in some cases and compared with commercial software solutions.

presente trabalho consolida um estudo para o planejamento de trajetória livre de colisão para um robô pneumático com 5 graus de liberdade aplicando três algoritmos metaheurísticos: algoritmos metaheurísticos por vagalumes, algoritmos metaheurísticos por enxames de partículas e algoritmos genéticos. No que se refere à aplicação de algoritmos metaheurísticos ao estudo de planejamento de trajetória de robôs manipuladores na presença de obstáculos, existem diferentes tipos de técnicas para evitar colisões que consideram os efeitos cinemáticos e dinâmicos na obtenção de trajetórias com o menor tempo, torque, etc. Neste estudo, são propostas contribuições à aplicação dessas técnicas especificamente a robôs manipuladores pneumáticos, sobretudo, no que diz respeito às características específicas dos servoposicionadores pneumáticos, como, por exemplo, a modelagem do atrito desses sistemas, o cálculo da massa equivalente, etc. A metodologia utilizada é definida em duas etapas. A primeira delas consiste na obtenção de pontos intermediários, adquiridos considerando a menor distância entre os mesmos e o ponto final, gerados considerando a presença de obstáculos (cilindros, cubos e esferas) Esses obstáculos são mapeados em regiões de colisão, que constituem restrições para o problema de otimização. A segunda etapa baseia-se no estudo do planejamento de trajetórias: aplicam-se b-splines de 5º e 7º grau na interpolação dos pontos intermediários, com vistas à obtenção de trajetórias que considerem, de um lado, a menor força dos atuadores associada à dinâmica do manipulador em estudo e, de outro, restrições cinemáticas e dinâmicas, determinadas por meio das características operacionais dos servoposicionadores pneumáticos. Os resultados mostram que a metodologia proposta é adequada para tarefas de manipulação de peças na presença de obstáculos, uma vez que os pontos intermediários situam-se fora da região de colisão nos três casos aqui apresentados. Além disso, quanto à segunda etapa, observou-se que as trajetórias de 5º e 7º grau apresentaram resultados similares, de maneira que os erros obtidos poderiam ser melhorados analisando aspectos associados ao controlador do robô em estudo. / The thesis presents a study for collision-free trajectory planning for a pneumatic robot with 5 degrees of freedom applying three metaheuristic algorithms: firefly metaheuristic algorithm, particle swarm optimization and genetic algorithms. As regards the application of metaheuristic algorithms to the study of the trajectory planning of manipulating robots in the presence of obstacles, there are different types of techniques to avoid collisions that consider the kinematic and dynamic effects, obtaining trajectories with the optimal time, torque, etc. In this study, contributions are made to the application of these techniques specifically to pneumatic manipulator robots, particularly with regard to the specific characteristics of pneumatic servo-actuators, such as friction modeling of these systems, calculation of equivalent mass, etc. The methodology used is defined in two steps. The first one consists of obtaining intermediate points, acquired considering the smallest distance between the intermediate points and the final point, generated considering the presence of obstacles (cylinders, cubes and spheres) These obstacles are mapped in collision regions, which are constraints to the optimization problem. The second step is based on the study of the trajectory planning: 5th and 7th degree b-splines are applied in the interpolation of the intermediate points, in order to obtain trajectories that consider the smallest actuator force associated to the dynamics of the manipulator and the kinematic and dynamic constraints, determined by the operational characteristics of pneumatic servo-positioners. The results show that the proposed methodology is suitable for tasks of manipulating parts in the presence of obstacles because the intermediate points are outside the collision region in the three cases presented here. In addition, it was observed that the trajectories of 5th and 7th degree presented similar results, so that the errors obtained could be improved by analyzing aspects associated to the controller of the robot.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-20Bitstream added on 2014-06-13T19:28:05Z : No. of bitstreams: 1 zini_eoc_me_ilha.pdf: 1142984 bytes, checksum: 4ff93a7fe459a5a56e15da26b7a6dd45 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta uma metodologia composta de duas fases para resolver problemas de otimização com restrições usando uma estratégia multiobjetivo. Na primeira fase, o esforço concentra-se em encontrar, pelo menos, uma solução factível, descartando completamente a função objetivo. Na segunda fase, aborda-se o problema como biobjetivo, onde se busca a otimização da função objetivo original e maximizar o cumprimento das restrições. Na fase um propõe-se uma estratégia baseada na diminuição progressiva da tolerância de aceitação das restrições complexas para encontrar soluções factíveis. O desempenho do algoritmo é validado através de 11 casos testes bastantes conhecidos na literatura especializada. / This work presents a two-phase framework for solving constrained optimization problems using a multi-objective strategy. In the first phase, the objective function is completely disregarded and entire search effort is directed toward finding a single feasible solution. In the second phase, the problem is treated as a bi-objective optimization problem, where the technique converts constrained optimization to a two-objective optimization: one is the original objective function; the other is the degree function violating the constraints. In the first phase a methodology based on progressive decrease of the tolerance of acceptance of complex constrains is proposed in order to find feasible solutions. The approach is tested on 11 well-know benchmark functions.

Submitted by DANIELA CABRAL DE OLIVEIRA null (danielacaboliveira@gmail.com) on 2017-07-31T18:25:34Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 4071736 bytes, checksum: 8334dda6779551cc88a5687ed7937bb3 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-08-03T16:52:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oliveira_dc_me_ilha.pdf: 4071736 bytes, checksum: 8334dda6779551cc88a5687ed7937bb3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T16:52:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oliveira_dc_me_ilha.pdf: 4071736 bytes, checksum: 8334dda6779551cc88a5687ed7937bb3 (MD5) Previous issue date: 2017-06-28 / Este trabalho introduz uma nova metodologia de Monitoramento da Integridade de Estruturas (SHM, do inglês Structural Health Monitoring) utilizando algoritmos de aprendizado de máquina não-supervisionado para localização e detecção de dano. A abordagem foi testada em material isotrópico (placa de alumínio). Os dados experimentais foram cedidos por Rosa (2016). O banco de dados disponibilizado é abrangente e inclui medidas em diversas situações. Os transdutores piezelétricos foram colados na placa de alumínio com dimensões de 500 x 500 x 2mm, que atuam como sensores e atuadores ao mesmo tempo. Para manipulação dos dados foram analisados os sinais definindo o primeiro pacote do sinal (first packet), considerando apenas o intervalo de tempo igual ao tempo da força de excitação. Neste caso, na há interferência dos sinais refletidos nas bordas da estrutura. Os sinais são obtidos na situação sem dano (baseline) e, posteriormente nas diversas situações de dano. Como método de avaliação do quanto o dano interfere em cada caminho, foram implementadas as seguintes métricas: pico máximo, valor médio quadrático (RMSD), correlação entre os sinais, normas H2 e H∞ entre os sinais baseline e sinais com dano. Logo após o cálculo das métricas para as diversas situações de dano, foi implementado o algoritmo de aprendizado de máquina não-supervisionado K-Means no matlab e também testado no toolbox Weka. No algoritmo K-Means há a necessidade da pré-determinação do número de clusters e isto pode dificultar sua utilização nas situações reais. Então, fez se necessário a implementação de um algoritmo de aprendizado de máquina não-supervisionado que utiliza propagação de afinidades, onde a determinação do número de clusters é definida pela matriz de similaridades. O algoritmo de propagação de afinidades foi desenvolvido para todas as métricas separadamente para cada dano. / This paper introduces a new Structural Health Monitoring (SHM) methodology using unsupervised machine learning algorithms for locating and detecting damage. The approach was tested with isotropic material in an aluminum plate. Experimental data were provided by Rosa (2016). This provided database is open and includes measures in a variety of situations. The piezoelectric transducers were bonded to the aluminum plate with dimensions 500 x 500 x 2mm, and act as sensors and actuators simultaneously. In order to manipulate the data, signals defining the first packet were analyzed. It considers strictly the time interval equal to excitation force length. In this case, there is no interference of reflected signals in the structure boundaries. Signals are gathered at undamaged situation (baseline) and at several damage situations. As an evaluating method of how damage interferes in each path, it was implemented the following metrics: maximum peak, root-mean-square deviation (RMSD), correlation between signals, H2 and H∞ norms regarding baseline and damaged signals. The metrics were computed for numerous damage situations. The data were evaluated in an unsupervised K-Means machine learning algorithm implemented in matlab and also tested in Weka toolbox. However, the K-Means algorithm requires the specification of the number of clusters and it is a problem for practical applications. Therefore, an implementation of an unsupervised machine learning algorithm, which uses affinity propagation was made. In this case, the determination of the number of clusters is defined by the data similarity matrix. The affinity propagation algorithm was developed for all metrics separately for each damage.

presente trabalho consolida um estudo para o planejamento de trajetória livre de colisão para um robô pneumático com 5 graus de liberdade aplicando três algoritmos metaheurísticos: algoritmos metaheurísticos por vagalumes, algoritmos metaheurísticos por enxames de partículas e algoritmos genéticos. No que se refere à aplicação de algoritmos metaheurísticos ao estudo de planejamento de trajetória de robôs manipuladores na presença de obstáculos, existem diferentes tipos de técnicas para evitar colisões que consideram os efeitos cinemáticos e dinâmicos na obtenção de trajetórias com o menor tempo, torque, etc. Neste estudo, são propostas contribuições à aplicação dessas técnicas especificamente a robôs manipuladores pneumáticos, sobretudo, no que diz respeito às características específicas dos servoposicionadores pneumáticos, como, por exemplo, a modelagem do atrito desses sistemas, o cálculo da massa equivalente, etc. A metodologia utilizada é definida em duas etapas. A primeira delas consiste na obtenção de pontos intermediários, adquiridos considerando a menor distância entre os mesmos e o ponto final, gerados considerando a presença de obstáculos (cilindros, cubos e esferas) Esses obstáculos são mapeados em regiões de colisão, que constituem restrições para o problema de otimização. A segunda etapa baseia-se no estudo do planejamento de trajetórias: aplicam-se b-splines de 5º e 7º grau na interpolação dos pontos intermediários, com vistas à obtenção de trajetórias que considerem, de um lado, a menor força dos atuadores associada à dinâmica do manipulador em estudo e, de outro, restrições cinemáticas e dinâmicas, determinadas por meio das características operacionais dos servoposicionadores pneumáticos. Os resultados mostram que a metodologia proposta é adequada para tarefas de manipulação de peças na presença de obstáculos, uma vez que os pontos intermediários situam-se fora da região de colisão nos três casos aqui apresentados. Além disso, quanto à segunda etapa, observou-se que as trajetórias de 5º e 7º grau apresentaram resultados similares, de maneira que os erros obtidos poderiam ser melhorados analisando aspectos associados ao controlador do robô em estudo. / The thesis presents a study for collision-free trajectory planning for a pneumatic robot with 5 degrees of freedom applying three metaheuristic algorithms: firefly metaheuristic algorithm, particle swarm optimization and genetic algorithms. As regards the application of metaheuristic algorithms to the study of the trajectory planning of manipulating robots in the presence of obstacles, there are different types of techniques to avoid collisions that consider the kinematic and dynamic effects, obtaining trajectories with the optimal time, torque, etc. In this study, contributions are made to the application of these techniques specifically to pneumatic manipulator robots, particularly with regard to the specific characteristics of pneumatic servo-actuators, such as friction modeling of these systems, calculation of equivalent mass, etc. The methodology used is defined in two steps. The first one consists of obtaining intermediate points, acquired considering the smallest distance between the intermediate points and the final point, generated considering the presence of obstacles (cylinders, cubes and spheres) These obstacles are mapped in collision regions, which are constraints to the optimization problem. The second step is based on the study of the trajectory planning: 5th and 7th degree b-splines are applied in the interpolation of the intermediate points, in order to obtain trajectories that consider the smallest actuator force associated to the dynamics of the manipulator and the kinematic and dynamic constraints, determined by the operational characteristics of pneumatic servo-positioners. The results show that the proposed methodology is suitable for tasks of manipulating parts in the presence of obstacles because the intermediate points are outside the collision region in the three cases presented here. In addition, it was observed that the trajectories of 5th and 7th degree presented similar results, so that the errors obtained could be improved by analyzing aspects associated to the controller of the robot.

Neste trabalho o autor programa e avalia algoritmos para análise e otimização de pressão sonora desenvolvidos para sistemas acoplados vibroacústicos, verificando o desempenho da análise da resposta e comparando a adequação dos algoritmos de Programação Quadrática Sequencial (SQP - Sequencial Quadratic Programming) e Genético na otimização da resposta. A otimização da resposta é implementada no programa acadêmico de elementos finitos Meflab, e utiliza para otimização a função fmincon disponível no programa comercial Matlab®. Igualmente a otimização da resposta é implementada através de um código desenvolvido de algoritmos genéticos. Para os casos acoplados estudados o algoritmo SQP mostra uma redução da pressão sonora inicial inferior ao algoritmo Genético, para casos desacoplados o método SQP consegue reduções maiores. Os resultados foram validados através de formulações analíticas disponíveis e comparados em alguns casos com soluções de programas comerciais. / In this work the author implements in a software and evaluates algorithms for analysis and optimization of the sound pressure developed for coupled vibroacoustic systems, checking the performance and response analysis comparing the suitability of the Sequencial Quadratic Programming (SQP) and Genetic algorithms in optimizing response. The optimization of the response is implemented in the academic program Meflab finite element, and uses optimization function fmincon available in the commercial program Matlab ®. Also the optimization of the response is implemented through a code developed genetic algorithms. For the coupled cases studied the SQP algorithm recduce less the inicial sunde pressure tha Genetic algorithm, for uncoupled cases SQP method has a bigger reduccion. The results were validated by analytical formulations available in some cases and compared with commercial software solutions.

An isospectral algorithm is one which manipulates a matrix without changing its spectrum. In this thesis we study three interrelated examples of isospectral algorithms, all pertaining to Toeplitz matrices in some fashion, and one directly involving orthogonal polynomials. The first set of algorithms we study come from discretising a continuous isospectral flow designed to converge to a symmetric Toeplitz matrix with prescribed eigenvalues. We analyse constrained, isospectral gradient flow approaches and an isospectral flow studied by Chu in 1993. The second set of algorithms compute the spectral measure of a Jacobi operator, which is the weight function for the associated orthogonal polynomials and can include a singular part. The connection coefficients matrix, which converts between different bases of orthogonal polynomials, is shown to be a useful new tool in the spectral theory of Jacobi operators. When the Jacobi operator is a finite rank perturbation of Toeplitz, here called pert-Toeplitz, the connection coefficients matrix produces an explicit, computable formula for the spectral measure. Generalisation to trace class perturbations is also considered. The third algorithm is the infinite dimensional QL algorithm. In contrast to the finite dimensional case in which the QL and QR algorithms are equivalent, we find that the QL factorisations do not always exist, but that it is possible, at least in the case of pert-Toeplitz Jacobi operators, to implement shifts to generate rapid convergence of the top left entry to an eigenvalue. A fascinating novelty here is that the infinite dimensional matrices are computed in their entirety and stored in tailor made data structures. Lastly, the connection coefficients matrix and the orthogonal transformations computed in the QL iterations can be combined to transform these pert-Toeplitz Jacobi operators isospectrally to a canonical form. This allows us to implement a functional calculus for pert-Toeplitz Jacobi operators.

Este trabalho propõe o desenvolvimento de Algoritmos Evolutivos (AEs) para estimação dos parâmetros que modelam sinais elétricos (frequência, fase e amplitude) em tempo-real. A abordagem proposta deve ser robusta a ruídos e harmônicos em sinais distorcidos, por exemplo devido à presença de faltas na rede elétrica. AEs mostram vantagens para lidar com tais tipos de sinais. Por outro lado, esses algoritmos quando implementados em software não possibilitam respostas em tempo-real para uso da estimação como relé de frequência ou Unidade de Medição Fasorial. O desenvolvimento em FPGA apresentado nesse trabalho torna possível paralelizar o cálculo da estimação em hardware, viabilizando AEs para análise de sinal elétrico em tempo real. Além disso, mostra-se que AEs multiobjetivos podem extrair informações não evidentes das três fases do sistema e estimar os parâmetros adequadamente mesmo em casos em que as estimativas por fase divirjam entre si. Em outras palavras, as duas principais contribuições computacionais são: a paralelização do AE em hardware por meio de seu desenvolvimento em um circuito de FPGA otimizado a nível de operações lógicas básicas e a modelagem multiobjetiva do problema possibilitando análises dos sinais de cada fase, tanto independentemente quanto de forma agregada. Resultados experimentais mostram superioridade do método proposto em relação ao estimador baseado em transformada de Fourier para determinação de frequência e fase / This work proposes the development of Evolutionary Algorithms (EAs) for the estimation of the basic parameters from electrical signals (frequency, phase and amplitude) in real time. The proposed approach must be robust to noise and harmonics in signals distorted, for example, due to the presence of faults in the electrical network. EAs show advantages for dealing with these types of signals. On the other hand, these algorithms when implemented in software cant produce real-time responses in order to use their estimations as frequency relay or Phasor Measurement Unit. The approach developed on FPGA proposed in this work parallelizes in hardware the process of estimation, enabling analyses of electrical signals in real time. Furthermore, it is shown that multi-objective EAs can extract non-evident information from the three phases of the system and properly estimate parameters even when the phase estimates diverge from each other. This research proposes: the parallelization of an EA in hardware through its design on FPGA circuit optimized at level of basic logic operations and the modeling of the problem enabling multi-objective analyses of the signals from each phase in both independent and aggregate ways. Experimental results show the superiority of the proposed method compared to an estimator based on Fourier transform for determining frequency and phase

Neste trabalho o autor programa e avalia algoritmos para análise e otimização de pressão sonora desenvolvidos para sistemas acoplados vibroacústicos, verificando o desempenho da análise da resposta e comparando a adequação dos algoritmos de Programação Quadrática Sequencial (SQP - Sequencial Quadratic Programming) e Genético na otimização da resposta. A otimização da resposta é implementada no programa acadêmico de elementos finitos Meflab, e utiliza para otimização a função fmincon disponível no programa comercial Matlab®. Igualmente a otimização da resposta é implementada através de um código desenvolvido de algoritmos genéticos. Para os casos acoplados estudados o algoritmo SQP mostra uma redução da pressão sonora inicial inferior ao algoritmo Genético, para casos desacoplados o método SQP consegue reduções maiores. Os resultados foram validados através de formulações analíticas disponíveis e comparados em alguns casos com soluções de programas comerciais. / In this work the author implements in a software and evaluates algorithms for analysis and optimization of the sound pressure developed for coupled vibroacoustic systems, checking the performance and response analysis comparing the suitability of the Sequencial Quadratic Programming (SQP) and Genetic algorithms in optimizing response. The optimization of the response is implemented in the academic program Meflab finite element, and uses optimization function fmincon available in the commercial program Matlab ®. Also the optimization of the response is implemented through a code developed genetic algorithms. For the coupled cases studied the SQP algorithm recduce less the inicial sunde pressure tha Genetic algorithm, for uncoupled cases SQP method has a bigger reduccion. The results were validated by analytical formulations available in some cases and compared with commercial software solutions.