La Tesis Doctoral se fundamenta, principalmente, en la exploración de nuevos métodos de Control Predictivo Basado en Modelos (MBPC) mediante la incorporación de herramientas de optimización heurística y las mejoras en las prestaciones que se pueden conseguir con ello. La metodología de MBPC constituye un campo cada vez más importante en el control de procesos debido a que se trata de una formulación muy intuitiva, y a la vez muy potente, de un problema de control (por tanto es más fácilmente aceptable en el ámbito industrial). A pesar de ello, presenta limitaciones cuando se quiere aplicar a ciertos procesos complejos. Un elemento fundamental y al mismo tiempo limitante de ésta metodología lo constituye la técnica de optimización que se utilice. Simplificando mucho, el MBPC se convierte en un problema de minimización en cada periodo de muestreo, y la complejidad del problema de control se refleja directamente en la función a minimizar en cada instante. Si se incorporan modelos no lineales, restricciones en las variables, e índices de funcionamiento sofisticados, todo ello asociado a los problemas de tiempo real, se va a requerir algoritmos de optimización adecuados que garanticen el mínimo global en un tiempo acotado. En este sentido, la tesis incluye un análisis de las metodologías de Optimización Heurísticas, Simulated Annealing y Algoritmos Genéticos, como candidatas a la resolución de ese tipo de problemas y apartir de ellas realiza una implementación novedosa (denominada ASA) dentro del grupo de los algoritmos de Simulated Annealing que reduce el coste computacional. En los Algoritmos Genéticos, se obtienen las combinaciones de codificación y operadores genéticos más adecuadas para conseguir buenas relaciones de 'calidad de la solución/coste computacional' en la resolución de problemas de minimización complejos (no convexos, con discontinuidades, restricciones, etc.). Todo este análisis previo, permite la adaptación adecuada de estas técnicas heurísticas...... / Blasco Ferragud, FX. (1999). Control predictivo basado en modelos mediante técnicas de optimización heurística. Aplicación a procesos no lineales y multivariables [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15995

[EN] In this research, a new model of computing is presented, within the framework of natural computing and computer models inspired by biology: Networks of Genetic Processors (NGP). This new model is based on the one hand, by the family of networks of bio-inspired processors, specifically Networks of Evolutionary Processors (NEP) and Networks of Splicing Processors (NSP), and on the other hand by Genetic Algorithms. We can define the new model as a network of biologically-inspired processors where operations used by processors are crossover and mutation. One of the major interests studying the NGP is the computational power of the operations of crossover and mutation acting together. The NEP is a complete model that uses operations of symbol mutation: insertion, substitution and deletion, the NSP is a complete model that uses splicing operations, but the NEP is no longer a complete model using only substitution operations, as it happens to the NSP if we restrict the context of its splicing rules to the empty context. The study of the new model presented here responds to what happens when we put together in a single model the substitution rules from the NEP (called mutation rules) and the splicing rules with empty context from the NSP (called crossover rules). When we work with networks of biologically-inspired processors there are two basic types of networks, accepting networks and generating networks. These types of networks are mainly used to work at a theoretical level or to solve decision problems. To work on a more practical level such as solving optimization problems, we propose a new type of network, Networks of Genetic processors as Parallel Genetic Algorithms, inspired by the Parallel Genetic Algorithms. In this work we prove the computational completeness of our new model by showing that it is equivalent to the Turing machine. We prove the computational completeness of Parallel Genetic Algorithms by using this result and the similarity between the NGP and Parallel Genetic Algorithms. Moreover, we propose a characterization of the Chomsky hierarchy by using the NGP. Here, we simulate every grammar in the language classes of the Chomsky's hierarchy by using a NGP with an small number of processors required for each simulation. Hence, it gives an appreciable idea of the descriptional complexity of the different families of languages. Finally, in this work there is an experimental study of the behavior of the model for the resolution of some practical problems. First, we design and implement a simulator that allows the execution of networks of Genetic Processors in any of its three defined types: accepting networks, generating networks or as Parallel Genetic Algorithms. This allows us to test the model with different optimization problems. Then, we make a study to see if the new model could solve NP problems in polynomial time. We use the decision problem of Hamiltonian cycle in a graph. Finally, we test the simulator with two optimization problems showing a good computational behavior. The problems are the Multidimensional Knapsack problem and the Traveling Salesman problem. / [ES] Desde la rama de la biocomputación, la computación con modelos inspirados en la biología, esta investigación presenta un nuevo modelo de computación: las Redes de Procesadores Genéticos (NGP). Este nuevo modelo parte, por un lado, de la familia de modelos de redes de procesadores, más concretamente de las Redes de Procesadores Evolutivos (NEP) y las Redes de Procesadores de Splicing (NSP), y por otra parte se inspira en los Algoritmos Genéticos. Así pues, se puede definir de manera informal el nuevo modelo como una red de procesadores bioinspirados donde las operaciones utilizadas por los procesadores son operaciones de cruce y mutación. Uno de los mayores intereses del estudio de las NGP es la capacidad conjunta de las operaciones de cruce y mutación, las NEP son un modelo completo que utiliza operaciones de evolución, es decir, inserción, substitución y borrado, las NSP son un modelo completo que utiliza operaciones de splicing, pero las NEP dejan de ser un modelo completo al usar sólo operaciones de substitución, al igual que le pasa a las NSP si restringimos el contexto de sus reglas de splicing a vacío. El estudio del nuevo modelo aquí presentado da respuesta a qué es lo que pasa cuando juntamos en un sólo modelo las operaciones de sustitución de las NEP (llamadas reglas de mutación) y las operaciones de splicing con contexto vacío de las NSP (llamadas reglas de cruce). Cuando se trabaja con redes de procesadores bioinspirados se definen principalmente dos tipos de redes, las redes aceptoras y las redes generadoras. Estos tipos de redes sirven principalmente para trabajar a un nivel teórico o para resolver problemas de decisión. Para trabajar a un nivel más práctico como por ejemplo con problemas de optimización, se propone un nuevo tipo de red, las Redes de Procesadores Genéticos como Algoritmos Genéticos Paralelos, llamadas así por inspirarse en los Algoritmos Genéticos Paralelos. A nivel teórico, se ha podido demostrar la completitud computacional del modelo, con lo que su potencia de computación se sitúa al mismo nivel que el de las maquinas de Turing. A raíz de este resultado y dada la gran similitud entre las NGP y los Algoritmos Genéticos Paralelos, en este trabajo se demuestra que éstos también son un modelo de computación completo. Por otra parte se ha podido realizar una caracterización de la jerarquía de Chomsky utilizando las NGP, para ello se simula cada una de las gramáticas que definen las cuatro familias de lenguajes de dicha jerarquía observando el mínimo número de procesadores necesarios para cada simulación, lo cual da una idea apreciable de la diferencia de complejidad entre las diferentes familias. No falta en este trabajo un estudio de la parte más práctica del modelo con la realización de algunas tareas. Primero se ha diseñado e implementado un simulador que permite la ejecución de Redes de Procesadores Genéticos en cualquiera de sus tres vertientes aquí definidas, como aceptoras, como generadoras o como Algoritmos Genéticos Paralelos, esto permite realizar pruebas con diferentes problemas de optimización. A continuación se ha realizado un estudio para ver si el nuevo modelo era capaz de resolver problemas NP en tiempo polinómico, para ello se ha trabajado con el problema de ver si existe algún ciclo Hamiltoniano en un grafo. Finalmente se ha probado el simulador con dos problemas de optimización en los que se ha detectado un buen comportamiento del mismo, los problemas utilizados han sido el problema de la mochila multidimensional y el problema del viajante de comercio. / [CA] Des de la branca de la biocomputació (la computació amb models inspirats amb la biologia) aquesta investigació presenta un nou model de computació: Les Xarxes de Processadors Genètics (NGP). Aquest nou model ve, d'una banda, de la família de models de xarxes de processadors, més concretament de les Xarxes de Processadors Evolutius (NEP) i de les Xarxes de Processadors de Splicing (NSP) i d'altra banda s'inspira als Algoritmes Genètics. Així doncs, es pot definir d'una manera informal el nou model com una xarxa de processadors bioinspirats on les operacions utilitzades per els processadors són operacions de creuament i mutació. Un dels elements més interessants de l'estudi de les NGP és la capacitat conjunta de les operacions de creuament i mutació, les NEP són un model complet que utilitza operacions evolutives, és a dir, insercions, substitucions i esborrats, les NSP són un model complet que utilitza operacions de splicing, però les NEP deixen de ser un model complet al gastar sols operacions de substitució, al igual que li passa a les NSP si restringim el context de les seues regles de splicing a buit. L'estudi del nou model presentat ací dóna resposta a què és el que passa quan ajuntem a un sol model les operacions de substitució de les NEP (anomenades regles de mutació) i les operacions de splicing amb context buit de les NSP (anomenades regles de creuament). Quan es treballa amb xarxes de processadors bioinspirats es defineixen principalment dos tipus de xarxes, les xarxes aceptores i les xarxes generadores. Aquests tipus de xarxes s'utilitzen principalment per a treballar a nivell teòric o per a resoldre problemes de decisió. Per treballar a un nivell més pràctic, com per exemple amb problemes d'optimització, es proposa un nou tipus de xarxa, les Xarxes de Processadors Genètics com Algoritmes Genètics Paral·lels, anomenats així per estar inspirats en els Algoritmes Genètics Paral·lels. A nivell teòric, s'ha pogut demostrar la completitut computacional del model, amb el que la seua potència computacional es situa al mateix nivell que les màquines de Turing. Degut a aquest resultat i donada la gran similitud entre les NGP i els Algoritmes genètics Paral·lels, en aquest treball es demostra que aquestos també són un model computacional complet. D'altra banda, s'ha pogut realitzar una caracterització de la jerarquia de Chomsky utilitzant les NGP, aquest procés es realitza simulant cada una de les gramàtiques que defineixen les quatre famílies de llenguatges d'aquesta jerarquia observant el mínim nombre de processadors necessaris per a cada simulació, el que ens dóna una idea apreciable de la diferència de complexitat entre les diferents famílies. No falta a aquest treball un estudi de la part més pràctica del model com la realització d'algunes tasques. Primer s'ha dissenyat i implementat un simulador que permet l'execució de Xarxes de Processadors Genètics a qualsevol de les seues tres varietats ací definides, com aceptores, com a generadores o com a Algoritmes Genètics Paral·lels, amb el que podem realitzar proves amb diferents problemes d'optimització. A continuació s'ha realitzat un estudi per vore si el nou model era capaç de resoldre problemes NP en un temps polinòmic, estudi que hem realitzat utilitzant el problema de saber si existeix algun cicle Hamiltonià en un graf. Finalment s'ha provat el simulador amb dos problemes d'optimització als que s'ha comprovat que té un bon comportament, els problemes utilitzats són el problema de la motxilla multidimensional i el problema del viatjant de comerç. / Campos Frances, M. (2016). REDES DE PROCESADORES GENÉTICOS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61452

[ES] El establecimiento de estrategias y planes de mejora de todo sistema debe abordar como primera instancia el conocimiento del estado actual del mismo, lo cual se logra mediante la formulación, estudio y análisis de los indicadores de gestión de las dimensiones consideradas importantes para el logro de los objetivos, y ello se hace extensivo al Sistema Universitario Estatal (SUE) colombiano. En este contexto, los resultados de las Instituciones de Educación Superior (IES) están entre los desafíos y retos que tiene el sistema educativo en Colombia. Con el presente trabajo se pretende realizar un análisis comparativo del estado actual de las IES públicas colombianas. Para ello, en primer lugar se realizó un estudio de eficiencia mediante el Análisis Envolvente de Datos (DEA), para posteriormente hacer una propuesta de reestructuración del sector educativo superior público colombiano mediante la implementación del Análisis Envolvente de Datos Inverso en combinación con Algoritmos Genéticos (InvDEA - AG) a través de la identificación de posibles fusiones entre IES ineficientes en una única nueva IES resultante, de manera que esta última posea un cierto nivel de eficiencia técnica preestablecido. En una tercera etapa se realiza una caracterización de las mismas mediante el estudio de los indicadores de resultados establecidos en el Índice de Progreso de la Educación Superior (IPES) desarrollado por el Ministerio de Educación Nacional de Colombia utilizando como herramienta el Análisis Factorial Múltiple (AFM), y finalmente se va a proponer un Índice Sintético de Desempeño basado en los resultados del AFM (IAFM), índice que considera la estructura interna de los indicadores que conforman las dimensiones del sistema de indicadores de gestión de las IES. Los resultados indican que, en términos generales, las universidades que exhiben más debilidades son: Pacifico, Chocó, UFPS-Ocaña, Guajira, Cesar, Amazonía, Sucre, Llanos, Pamplona y Cundinamarca. Los resultados muestran que la dimensión Acceso es la más multidimensional, seguido por Calidad y Logro, siendo el más homogéneo el grupo Recursos. El mejor desempeño en las variables de la dimensión Logro lo tiene la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), seguida por Universidad de Antioquia (UDEA). El mejor desempeño en la dimensión Calidad lo posee la Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD), mientras que la Universidad Pedagógica Nacional tiene el mejor desempeño en Acceso, y el segundo mejor desempeño en Calidad (compartido con la Universidad Militar). / [CA] L'establiment d'estratègies i plans de millora de tot sistema ha d'abordar com a primera instància el coneixement de l'estat actual d'aquest, la qual cosa s'aconsegueix mitjançant la formulació, estudi i anàlisi dels indicadors de gestió de les dimensions considerades importants per a l'assoliment dels objectius, això també és totalment cert en el Sistema Universitari Estatal (SUE) colombià. En aquest context, els resultats de les Institucions d'Educació Superior (IES) estan entre els desafiaments i reptes que té el sistema educatiu a Colòmbia. Amb el present treball es pretén realitzar una anàlisi comparativa de l'estat actual de les IES públiques colombianes, per a això es duu a terme un estudi d'eficiència mitjançant l'Anàlisi Envolupant de Dades (DEA), seguidament es fa una proposta de reestructuració del sector educatiu superior públic colombià mitjançant la implementació de l'Anàlisi Envolupant de Dades Invers en combinació amb Algorismes Genètics (InvDEA - AG) a través de la identificació de possibles fusions entre IES ineficients en una única nova IES resultant, de manera que aquesta última posseïsca un cert nivell d'eficiència tècnica preestablit, també es realitza una caracterització de les mateixes mitjançant l'estudi dels indicadors de resultats establits en l'Índex de Progrés de l'Educació Superior (IPES) desenvolupat pel Ministeri d'Educació Nacional de Colòmbia utilitzant com a eina l'Anàlisi Factorial Múltiple (AFM), i finalment es proposa un Índex Sintètic d'Acompliment basat en els resultats del AFM (IAFM), índex que considera l'estructura interna dels indicadors que conformen les dimensions del sistema d'indicadors de gestió de les IES. Els resultats indiquen que, en termes generals, les universitats que exhibeixen més debilitats són: Pacífico, Chocó, UFPS-Ocaña, Guajira, Cesar, Amazonía, Sucre, Llanos, Pamplona i Cundinamarca. Els resultats mostren que la dimensió Accés és la més multidimensional, seguit per Qualitat i Assoliment, i el més homogeni és Recursos. El millor acompliment en les variables de la dimensió Assoliment ho té la Universitat Nacional de Colòmbia (UNAL), seguida per Universitat de Antioquia (UDEA). El millor acompliment en la dimensió Qualitat el posseeix la Universitat Nacional Oberta i a Distància (UNAD), mentre que la Universitat Pedagògica Nacional té el millor acompliment en Accés, i el segon millor acompliment en Qualitat (compartit amb la Universitat Militar). / [EN] The establishment of strategies and plans for the improvement of any system should address as a first instance the knowledge of the current state of the same, which is achieved through the formulation, study and analysis of performance indicators of the dimensions considered important for the achievement of objectives, this is also totally true in the Colombian State University System (SUE). In this context, the results of the Higher Education Institutions (HEIs) are among the challenges that the education system has in Colombia. This work intends to carry out a comparative analysis of the current state of Colombian public HEIs. To do this, an efficiency study was first carried out using the Data Envelope Analysis (DEA), then a proposal is made to restructure Higher Public Education Sector in Colombia through the implementation of the Inverse Data Envelopment Analysis in combination with Genetic Algorithms (InvDEA -GA) by identifying possible mergers between inefficient HEI in a single resulting new HEI so that the latter fulfill a global predefined efficiency. In a third stage, a characterization of them is carried out by studying the outcome indicators established in the Progress Index of Higher Education (IPES) developed by the Ministry of National Education of Colombia through Multiple Factor Analysis (MFA) as tool, and finally, a Synthetic Performance Index based on the results of the MFA (IMFA) is proposed, index that considers the internal structure of the indicators that compose the dimensions of the system of indicators of HEIs in Colombia. The results indicate that, in general terms, the universities that exhibit the most weaknesses are: Pacifico, Chocó, UFPS-Ocaña, Guajira, Cesar, Amazonía, Sucre, Llanos, Pamplona y Cundinamarca. The results show that the Access dimension is the most multidimensional, followed by Quality and Achievement, and the most homogeneous is Resources. The best performance in the variables of the Achievement dimension is the Universidad Nacional de Colombia (UNAL), followed by the Universidad de Antioquia (UDEA). The best performance in the Quality dimension is held by the Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD), while the Universidad Pedagógica Nacional has the best performance in Access, and the second best performance in Quality (shared with the Universidad Militar Nueva Granada). / Visbal Cadavid, DA. (2020). Aplicación del Análisis Envolvente de Datos y Análisis Factorial Múltiple en el estudio del desempeño en las instituciones de educación superior públicas en Colombia y su implicación en la distribución de los recursos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/140089

La optimización de estructuras consiste en modificar un diseño inicial mediante un método que permita obtener la mejor alternativa que satisfaga unas condiciones preestablecidas. Generalmente, la mejor alternativa o diseño óptimo es aquel que tiene el menor peso o costo posible satisfaciendo al mismo tiempo las condiciones de seguridad y servicio establecidas en las normas y reglamentos de construcción. En esta tesis se diseñó un programa de cómputo que optimiza el peso de armaduras, o estructuras articuladas, bidimensionales de acero mediante el método de optimización denominado algoritmo genético. El algoritmo genético, basado en la teoría de la evolución de Darwin, utiliza un mecanismo similar a la “selección natural”, para seleccionar mejores soluciones, y operadores inspirados en la genética, como son el cruce y la mutación, para generar nuevos conjuntos de soluciones (Sánchez Caballero, 2012). El programa de cómputo consiste en generar variantes o soluciones aleatorias de la geometría de la estructura y, posteriormente, generar nuevas soluciones utilizando operadores genéticos. Dichos operadores genéticos copian, combinan y modifican las características de las soluciones generadas previamente, proporcionando mayor probabilidad de aparecer en el proceso a las características de las mejores soluciones. El proceso se repite generando soluciones nuevas y conservando las mejores alternativas, hasta que se cumpla un criterio de convergencia (Gestal, Rivero, Rabuñal, Dorado, & Pazos, 2010). El programa de computo fue elaborado en MATLAB© y contiene una rutina para el análisis estructural, una rutina para el diseño estructural conforme a la Norma E.090 del Reglamento Nacional de Edificaciones y una rutina de algoritmos genéticos para la modificación de algunas coordenadas geométricas de la armadura que disminuyan el peso de la estructura satisfaciendo los requerimientos normativos de resistencia y deflexiones permisibles. Los datos de entrada del programa son: coordenadas fijas de nudos, coordenadas variables de nudos, límites de coordenadas variables, restricciones en los apoyos, conectividad de los elementos, cargas estáticas en direcciones “X” e “Y”, combinaciones de carga, librería de perfiles, límites de desplazamiento y los valores de las variables que definen el algoritmo genético. El programa asigna un perfil a cada elemento de manera independiente y obtiene coordenadas independientes entre sí, las cuales no se ajustan a una geometría definida. De manera opcional, el programa puede restringir los resultados para satisfacer condiciones de simetría y restricciones de desplazamientos. El programa presenta como resultados las coordenadas óptimas, el peso propio de la armadura, fuerzas internas de los elementos, perfiles seleccionados y una gráfica con la geometría resultante de la armadura. En los ejemplos, se obtuvieron estructuras óptimas con una reducción de peso entre 6% y 30% con respecto al diseño inicial. Se muestra que las soluciones óptimas dependen de la geometría de la armadura, las cargas las cargas aplicadas, el tipo de perfil a utilizar y los límites de deflexión permisible en servicio. El tiempo y exactitud de las soluciones es muy sensible a los operadores del algoritmo genético. Se concluye que es posible disminuir el peso de este tipo de estructuras de manera considerable lo que podría repercutir en ahorros considerables en material en proyectos de gran envergadura de naves industriales, almacenes, galpones, etc. / Tesis

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This work proposes a design methodology of fuzzy controllers for systems that do not offer any intuitive information to the control designer, in order to provide guidelines to construct the fuzzy conventional controllers. The design methodology involves the application of artificial intelligence techniques, where the fuzzy controllers are obtained by an optimization process that uses genetic algorithms. For this optimization procedure, the knowledge of the system dynamics is required. From the experimental inputs and outputs of the system, an artificial neural network is trained and, in that way, it is possible to model the dynamic behavior of the plant. The rule base, the weights of the rules and the input membership functions are optimized. The goal of this methodology is the control the vibrations of complex dynamic systems, such as vibration control of plates instrumented with piezoelectric sensors and actuators. In this work, the fundamentals of fuzzy control, artificial neural networks and genetic algorithms are presented. The proposed control methodology is evaluated numerically and experimentally on the control of a vibratory system with one degree of freedom, and on a steel cantilever test beam. The first system is controlled by electromagnetic actuators and the beam is controlled by piezoelectric actuators. Many controllers are evaluated in time and frequency domains. For the studied cases, it is concluded that the proposed methodology is efficient and also some considerations are made about the future works based of the presented search. / Este trabalho propõe uma metodologia de projeto de controladores fuzzy para sistemas, que não oferecem ao projetista de controle informações intuitivas suficientes para orientá-lo na construção convencional dos controladores fuzzy. A metodologia de projeto envolve a aplicação de técnicas de inteligência artificial, onde os controlares fuzzy são obtidos a partir de um processo de otimização que utiliza os algoritmos genéticos. Esse mecanismo de otimização, por sua vez, requer o conhecimento da dinâmica do sistema. Uma rede neural artificial é então treinada para, a partir de dados de entrada e saída do sistema, modelar o comportamento dinâmico da planta. São otimizados a base de regras, o peso das regras e as funções de pertinência de entrada. A motivação do trabalho é o controle de vibrações em sistemas dinâmicos complexos, como, por exemplo, o controle de vibração em placas instrumentadas com vários sensores e atuadores piezelétricos. O trabalho apresenta os fundamentos do controle fuzzy, das redes neurais artificiais e dos algoritmos genéticos. A metodologia de controle proposta é avaliada numérica e experimentalmente no controle de mesa vibratória de um grau de liberdade e de uma viga de aço engastada-livre. A mesa é controlada por atuadores eletromagnéticos e a viga por atuadores piezelétricos. Diversos controladores são avaliados no domínio do tempo e da freqüência. O trabalho conclui que, para os casos estudados, a metodologia proposta é eficiente e aponta, ainda, nas considerações finais, alguns desdobramentos futuros da pesquisa realizada. / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho inicia com uma contextualização histórica e motivação, seguida por revisão bibliográfica nos tópicos discutidos: segurança veicular, crash box, crashworthiness, absorvedores de energia, tubos de impacto, metamodelos, algoritmos genéticos, Planejamento de Experimentos (DoE - Design of Experiments), origami e engenharia, e métodos de otimização na engenharia. Em seguida, o pesquisador propõe um experimento baseado em simulações, avaliando diversas crash box em forma de origami criadas a partir da variação de seus parâmetros dimensionais. Através de um algoritmo baseado em metamodelos, o autor realiza uma análise com o objetivo de maximizar a energia absorvida específica (Specific Energy Absorption - SEA) e a uniformidade de carga (Load Uniformity - LU). A fronteira de Pareto resultante dos dois objetivos é analisada de acordo a exemplos de critérios de decisão, e a configuração escolhida é então comparada a uma crash box da indústria. A configuração escolhida apresenta uma massa quatro vezes menor, e uma uniformidade de carga semelhante à crash box da indústria. Conclui com novas proposições de trabalhos, envolvendo outros métodos de otimização disponíveis. / This research begins with a historical background and motivation, followed by a bibliographic review on the discussed topics: vehicle safety, crash box, crashworthiness, energy absorbers, impact tubes, metamodels, Design of Experiments (DOE), origami and engineering, and optimization in engineering. Next, the researcher proposes a simulation-based experiment, evaluating origami crash boxes created through the variation of several dimensional parameters. Through a metamodel-based algorithm, the author performs an analysis with the objective of maximizing the Specific Energy Absorption (SEA) and the load uniformity (LU). The resultant Pareto frontier of the two objectives is analyzed according to examples of decision criteria, and the chosen design is compared to a crash box from industry. The chosen design presents four times less mass, and a load uniformity similar to the crash box from industry. The research concludes with propositions for new themes, involving other optimization methods available.

Orientador: Suely Cunha Amaro Mantovani / Banca: José Raimundo de Oliveira / Banca: Nobuo Oki / Resumo: Neste trabalho descreve-se uma metodologia para síntese e otimização de circuitos digitais, usando a teoria de algoritmos evolutivos e como plataforma os dispositivos reconfiguráveis, denominada Hardware Evolutivo do inglês- Evolvable Hardware - EHW. O EHW, tornou-se viável com o desenvolvimento em grande escala dos dispositivos reconfiguráveis, Programmable Logic Devices (PLD’s), cuja arquitetura e função podem ser determinadas por programação. Cada circuito pode ser representado como um indivíduo em um processo evolucionário, evoluindo-o através de operações genéticas para um resultado desejado. Como algoritmo evolutivo, aplicou-se o Algoritmo Genético (AG), uma das técnicas da computação evolutiva que utiliza os conceitos da genética e seleção natural. O processo de síntese aplicado neste trabalho, inicia por uma descrição do comportamento do circuito, através de uma tabela verdade para circuitos combinacionais e a tabela de estados para os circuitos seqüenciais. A técnica aplicada busca o arranjo correto e minimizado do circuito que desempenhe uma função proposta. Com base nesta metodologia, são implementados alguns exemplos em duas diferentes representações (mapas de fusíveis e matriz de portas lógicas). / Abstract: In this work was described a methodology for optimization and synthesis of digital circuits, which consist of evolving circuits through evolvable algorithms using as platforms reconfigurable devices, denominated Evolvable Hardware (EHW). It was became viable with the large scale development of reconfigurable devices, whose architecture and function can be determined by programming. Each circuit can be represented as an individual within an evolutionary process, evolving through genetic operations to desire results. Genetic Algorithm (GA) was applied as evolutionary algorithm where this technique evolvable computation as concepts of genetics and natural selection. The synthesis process applied in this work starts from a description from the circuits behavior. Trust table for combinatorial circuits and state transition table for sequential circuits were used for synthesis process. This technic applied search the correct arrange and minimized circuit which response the propose function. Based on this methodology, some examples are implemented in two different representations (fuse maps and logic gate matrices). / Mestre

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de monitoramento a partir da alocação de medidores voltada para a estimação de estado harmônico trifásica em sistemas de distribuição de energia elétrica desequilibrados. O algoritmo de estimação de estado harmônico desenvolvido tem como entrada os fasores de tensão e de corrente em pontos pré-definidos de medição sobre os alimentadores em análise. Para a alocação dos medidores, verificou-se a necessidade de a mesma ser realizada e direcionada para este problema, e um algoritmo de otimização em específico foi desenvolvido utilizando algoritmos genéticos. Para a estimação de estado harmônico, a técnica de Decomposição em Valores Singulares foi utilizada, por ser adequada a sistemas não completamente observáveis. Em relação às simulações, cargas não lineares (ou perturbadoras) foram conectadas ao longo dos alimentadores testes do IEEE de 13, 34 e 37 barras, considerando configuração trifásica assimétrica para as linhas e cargas desbalanceadas. Todas as simulações computacionais foram realizadas dispondo do programa DIgSILENT PowerFactory. Os resultados satisfatórios encontrados denotam que o desempenho do estimador desenvolvido é dependente dos pontos de medição pré-definidos a partir da alocação dos medidores realizada. Pela metodologia implementada e aplicada, o algoritmo de estimação de estado harmônico veio a corretamente calcular todas as variáveis de estado e, consequentemente, os sistemas testes em análise tornaram-se completamente observáveis para todas as fases e ordens harmônicas caracterizadas. / This research aims for the development of a monitoring methodology through the allo-cation of meters in order to perform a three-phase harmonic state estimation in unbalanced distribution systems. The harmonic state estimation algorithm developed has voltage and current phasors as inputs at predefined measurement points on the feeders about analysis. For an allocation of the meters, there was a need for it to be performed and directed to this problem, and a specific optimization algorithm was developed using Genetic Algorithms. For a harmonic state estimation, the Singular Value Decomposition technique was made, because it is suitable for systems that are not completely observable. Regarding the simulations, the non-linear (or disturbing) loads were connected along the test feeders of the IEEE of 13, 34 and 37 bus, considering the three-phase asymmetric configuration for lines and loads. All computational simulations were performed in the DIgSILENT PowerFactory software. The satisfactory results found note that the performance of the developed estimator depends on the pre-defined measurement points from the allocation of the realized meters. By the applied methodology, the harmonic state estimation algorithm came to correctly calculate all the state variables and, consequently, the test systems about analysis became fully observable for all phases and harmonic orders characterized.

A finalidade inicial deste estudo foi desenvolver um modelo computacional multifísico de um acionamento eletrônico, composto por um motor de relutância 4/2 bifásico, um conversor eletrônico de potência, um controlador, os componentes mecânicos estruturais do motor e os acoplamentos entre os diferentes domínios físicos. Para a implementação do modelo proposto, foram utilizados recursos de simulações numéricas e acopladas do MEF (Método dos Elementos Finitos) em uma plataforma de simulação multifísica, de modo a realizar acoplamento entre três áreas do conhecimento: circuitos elétricos, campos eletromagnéticos e componentes mecânicos estruturais e de vibração. Uma vez desenvolvido o modelo multifísico, este foi associado a um procedimento de otimização dos ângulos de disparo que utiliza um modelo de algoritmos genéticos e, como um conjunto, estes foram aplicados na redução da vibração e da ondulação de torque do motor de relutância chaveado, resultando em uma nova metodologia para a abordagem desses problemas. De modo a comprovar os resultados obtidos nas simulações, foram realizados diversos ensaios experimentais para a validação de cada etapa do desenvolvimento, tais como levantamento das formas de onda de tensão e correntes, ensaios de vibração, etc. Os modelos desenvolvidos foram testados em função de modificações realizadas tanto nos parâmetros de controle do acionamento, como também em função de modificações mecânicas estruturais na geometria do rotor. / The initial purpose of this study was developing a multi-physical computational model of a power electronic motor drive, composed to a 2-Phase Switched Reluctance Motor (SRM) 4/2, a power electronic converter, a controller, motor mechanical and structural components and the coupling among different physical domains. For implementing of the proposed model, it was used FEM (Finite Element Method) coupled and numerical simulations resources in a multi-physic simulation platform, in order to accomplish the coupling among the three areas of knowledge: electrical circuits, electromagnetic fields and structural and mechanics components and vibration. Once finished the multi-physical model, it was associated with a optimization procedure of firing angles which uses genetic algorithm model and, as a whole, it was applied on the SRM vibration and torque ripple reduction, resulting in a new methodology to approaching these problems. In order to prove obtained simulation results, it was carried out several experimental tests to validate each development stage, such as the voltage and currents wave forms mapping, vibration tests, etc. The developed models were tested as much function of drive control parameters as the rotor geometry mechanical and structural modifications.

O rápido crescimento das cidades brasileiras, não acompanhado de um planejamento prévio de sua expansão (incluindo o uso e a ocupação do solo), vem acarretando transtornos à comunidade no que se refere aos deslocamentos, visto que estes se tornam cada vez maiores. Devido a isso, torna-se necessário um conhecimento das demarcações das áreas do município, dos tipos de serviços atualmente prestados à comunidade em cada área e dos usuários destes serviços, não só em termos quantitativos, mas principalmente no que diz respeito à sua distribuição no espaço. Mais ainda, o conhecimento da evolução da demanda no tempo e a sua localização espacial permitem a avaliação de inúmeros cenários de gestão da demanda e da oferta, possibilitando, por exemplo, prever em qual região haverá um crescimento maior da primeira. Outros aspectos que devem ser avaliados são a origem, o destino e o volume de deslocamentos que ocorrem em um determinado conjunto de zonas, o que pode ser estimado através de modelos de interação espacial. Neste sentido, foram realizados estudos com o objetivo de avaliar o desempenho de modelos de interação espacial construídos com Redes Neurais Artificiais (RNAs). Observou-se nestes estudos, uma carência de técnicas para seleção da rede neural a ser utilizada na modelagem, ou seja, a rede com melhor desempenho e poder de predição. Tal como a maioria dos trabalhos que utilizam Redes Neurais Artificiais para este tipo de modelagem, os parâmetros de rede são escolhidos aleatoriamente e, ainda que se consiga resultados satisfatórios variando-se tais parâmetros, nem sempre a rede utilizada representa a solução ótima. O objetivo desta pesquisa é avaliar o uso de diferentes alternativas, tais como a técnica de otimização de Algoritmos Genéticos (AGs) na seleção de Redes Neurais Artificiais e o método de estimação por bootstrap na divisão dos dados, para a construção de modelos de interação espacial, e avaliar a distribuição espacial dos resíduos (erros) das previsões. O estudo foi desenvolvido em um Sistema de Informações Geográficas (SIG) e os dados empregados para este fim refletem a evolução espacial da demanda por serviços municipais de educação numa cidade média brasileira (São Carlos, SP) ao longo de dois anos. Os resultados deste trabalho mostraram que, embora a utilização dos modelos neurais seja apropriada para a estimativa de fluxos, a partir do método gravitacional é possível mensurar de forma precisa e aceitável o crescimento e a distribuição espacial da demanda futura por serviços de educação, permitindo-se identificar quais devem ser as melhores ações a serem tomadas pelo poder público no presente com o intuito de reduzir as distâncias de deslocamento dos alunos no futuro. Isto é particularmente importante para ações de planejamento, em virtude da simplicidade do modelo e de sua fácil e direta implementação / The rapid growth of Brazilian cities, without a previous planning of their expansion (including land use and occupation), causes many inconveniences for the population related to their transportation, as they must cover longer distances. This asks for an understanding of the city areas limits, the services currently offered to the community in each area, and the users of these services, not only in quantitative terms, but also in terms of spatial distribution. Moreover, the knowledge of the demand evolution in time and its spatial location allows the evaluation of many planning scenarios for managing the demand and the supply, and it is possible, for example, to foresee the regions where the demand is going to be concentrated. Other aspects that must be evaluated are the origin, destination and number of trips that occur in a determined set of tracts, which can be predicted by the spatial interaction models. Therefore, some studies were made with the objective of evaluating the performance of Spatial Interaction Models based on Artificial Neural Networks (ANNs). It was observed in these studies, some difficulty in selecting the neural network configuration that best models the problem. As in the majority of research that uses Artificial Neural Networks for the construction of that kind of model, the network parameters are randomly chosen and, even if one can obtain satisfactory results by varying these parameters, the neural net used may not be producing the optimal solution. The objective of this work is to evaluate the use of different alternatives, such as the Genetic Algorithms (GAs) optimization technique and the bootstrapping estimation method, as supporting tools to select Artificial Neural Networks configurations applied to Spatial Interaction Models, and to evaluate the spatial distribution of the residual (errors) prediction results. The research was developed in a Geographic Information System (GIS) and the data used for this application reflects the changes in the spatial distribution of the demand for education services in a Brazilian medium-sized city (São Carlos, SP) throughout two years. The results obtained showed that although neural models are suitable for estimating transportation flows, gravity models are able to produce very good and precise estimates of the future spatial distribution of the demand for educational facilities. This is very important for the planning process aiming at the reduction of displacement costs of students in the future, given the simplicity of the gravity model structure and its straightforward implementation