This work presents different proposals to deal with common problems in robot visual servoing based on the application of discontinuous control methods. The feasibility and effectiveness of the proposed approaches are substantiated by simulation results and real experiments using a 6R industrial manipulator. The main contributions are: - Geometric invariance using sliding mode control (Chapter 3): the defined higher-order invariance is used by the proposed approaches to tackle problems in visual servoing. Proofs of invariance condition are presented. - Fulfillment of constraints in visual servoing (Chapter 4): the proposal uses sliding mode methods to satisfy mechanical and visual constraints in visual servoing, while a secondary task is considered to properly track the target object. The main advantages of the proposed approach are: low computational cost, robustness and fully utilization of the allowed space for the constraints. - Robust auto tool change for industrial robots using visual servoing (Chapter 4): visual servoing and the proposed method for constraints fulfillment are applied to an automated solution for tool changing in industrial robots. The robustness of the proposed method is due to the control law of the visual servoing, which uses the information acquired by the vision system to close a feedback control loop. Furthermore, sliding mode control is simultaneously used in a prioritized level to satisfy the aforementioned constraints. Thus, the global control accurately places the tool in the warehouse, but satisfying the robot constraints. - Sliding mode controller for reference tracking (Chapter 5): an approach based on sliding mode control is proposed for reference tracking in robot visual servoing using industrial robot manipulators. The novelty of the proposal is the introduction of a sliding mode controller that uses a high-order discontinuous control signal, i.e., joint accelerations or joint jerks, in order to obtain a smoother behavior and ensure the robot system stability, which is demonstrated with a theoretical proof. - PWM and PFM for visual servoing in fully decoupled approaches (Chapter 6): discontinuous control based on pulse width and pulse frequency modulation is proposed for fully decoupled position based visual servoing approaches, in order to get the same convergence time for camera translation and rotation. Moreover, other results obtained in visual servoing applications are also described. / Este trabajo presenta diferentes propuestas para tratar problemas habituales en el control de robots por realimentación visual, basadas en la aplicación de métodos de control discontinuos. La viabilidad y eficacia de las propuestas se fundamenta con resultados en simulación y con experimentos reales utilizando un robot manipulador industrial 6R. Las principales contribuciones son: - Invariancia geométrica utilizando control en modo deslizante (Capítulo 3): la invariancia de alto orden definida aquí es utilizada después por los métodos propuestos, para tratar problemas en control por realimentación visual. Se apuertan pruebas teóricas de la condición de invariancia. - Cumplimiento de restricciones en control por realimentación visual (Capítulo 4): esta propuesta utiliza métodos de control en modo deslizante para satisfacer restricciones mecánicas y visuales en control por realimentación visual, mientras una tarea secundaria se encarga del seguimiento del objeto. Las principales ventajas de la propuesta son: bajo coste computacional, robustez y plena utilización del espacio disponible para las restricciones. - Cambio de herramienta robusto para un robot industrial mediante control por realimentación visual (Capítulo 4): el control por realimentación visual y el método propuesto para el cumplimiento de las restricciones se aplican a una solución automatizada para el cambio de herramienta en robots industriales. La robustez de la propuesta radica en el uso del control por realimentación visual, que utiliza información del sistema de visión para cerrar el lazo de control. Además, el control en modo deslizante se utiliza simultáneamente en un nivel de prioridad superior para satisfacer las restricciones. Así pues, el control es capaz de dejar la herramienta en el intercambiador de herramientas de forma precisa, a la par que satisface las restricciones del robot. - Controlador en modo deslizante para seguimiento de referencia (Capítulo 5): se propone un enfoque basado en el control en modo deslizante para seguimiento de referencia en robots manipuladores industriales controlados por realimentación visual. La novedad de la propuesta radica en la introducción de un controlador en modo deslizante que utiliza la señal de control discontinua de alto orden, i.e. aceleraciones o jerks de las articulaciones, para obtener un comportamiento más suave y asegurar la estabilidad del sistema robótico, lo que se demuestra con una prueba teórica. - Control por realimentación visual mediante PWM y PFM en métodos completamente desacoplados (Capítulo 6): se propone un control discontinuo basado en modulación del ancho y frecuencia del pulso para métodos completamente desacoplados de control por realimentación visual basados en posición, con el objetivo de conseguir el mismo tiempo de convergencia para los movimientos de rotación y traslación de la cámara . Además, se presentan también otros resultados obtenidos en aplicaciones de control por realimentación visual. / Aquest treball presenta diferents propostes per a tractar problemes habituals en el control de robots per realimentació visual, basades en l'aplicació de mètodes de control discontinus. La viabilitat i eficàcia de les propostes es fonamenta amb resultats en simulació i amb experiments reals utilitzant un robot manipulador industrial 6R. Les principals contribucions són: - Invariància geomètrica utilitzant control en mode lliscant (Capítol 3): la invariància d'alt ordre definida ací és utilitzada després pels mètodes proposats, per a tractar problemes en control per realimentació visual. S'aporten proves teòriques de la condició d'invariància. - Compliment de restriccions en control per realimentació visual (Capítol 4): aquesta proposta utilitza mètodes de control en mode lliscant per a satisfer restriccions mecàniques i visuals en control per realimentació visual, mentre una tasca secundària s'encarrega del seguiment de l'objecte. Els principals avantatges de la proposta són: baix cost computacional, robustesa i plena utilització de l'espai disponible per a les restriccions. - Canvi de ferramenta robust per a un robot industrial mitjançant control per realimentació visual (Capítol 4): el control per realimentació visual i el mètode proposat per al compliment de les restriccions s'apliquen a una solució automatitzada per al canvi de ferramenta en robots industrials. La robustesa de la proposta radica en l'ús del control per realimentació visual, que utilitza informació del sistema de visió per a tancar el llaç de control. A més, el control en mode lliscant s'utilitza simultàniament en un nivell de prioritat superior per a satisfer les restriccions. Així doncs, el control és capaç de deixar la ferramenta en l'intercanviador de ferramentes de forma precisa, a la vegada que satisfà les restriccions del robot. - Controlador en mode lliscant per a seguiment de referència (Capítol 5): es proposa un enfocament basat en el control en mode lliscant per a seguiment de referència en robots manipuladors industrials controlats per realimentació visual. La novetat de la proposta radica en la introducció d'un controlador en mode lliscant que utilitza senyal de control discontínua d'alt ordre, i.e. acceleracions o jerks de les articulacions, per a obtindre un comportament més suau i assegurar l'estabilitat del sistema robòtic, la qual cosa es demostra amb una prova teòrica. - Control per realimentació visual mitjançant PWM i PFM en mètodes completament desacoblats (Capítol 6): es proposa un control discontinu basat en modulació de l'ample i la freqüència del pols per a mètodes completament desacoblats de control per realimentació visual basats en posició, amb l'objectiu d'aconseguir el mateix temps de convergència per als moviments de rotació i translació de la càmera. A més, es presenten també altres resultats obtinguts en aplicacions de control per realimentació visual. / Muñoz Benavent, P. (2017). Robot Visual Servoing Using Discontinuous Control [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90430 / TESIS

A new combination of techniques for the numerical computation of incompressible flow is presented. The temporal discretization bases on the discontinuous Galerkin-formulation. Both constant (DG(0)) and linear approximation (DG(1)) in time is discussed. In case of DG(1) an iterative method reduces the problem to a sequence of problems each with the dimension of the DG(0) approach. For the semi-discrete problems a Galerkin/least-squares method is applied. Furthermore a non-overlapping domain decomposition method can be used for a parallelized computation. The main advantage of this approach is the low amount of information which must be exchanged between the subdomains. Due to the slight bandwidth a workstation-cluster is a suitable platform. Otherwise this method is efficient only for a small number of subdomains. The interface condition is of the Robin/Robin-type and for the Navier-Stokes equation a formulation introducing a further pressure interface condition is used. Additionally a suggestion for the implementation of the standard k-epsilon turbulence model with special wall function is done in this context. All the features mentioned above are implemented in a code called ParallelNS. Using this code the verification of this approach was done on a large number of examples ranging from simple advection-diffusion problems to turbulent convection in a closed cavity.

Les travaux de cette thèse portent sur la modélisation et la discrétisation des écoulements diphasiques dans les milieux poreux fracturés. On se place dans le cadre des modèles dits dimensionnels hybrides couplant l'écoulement dans la matrice 3D à l'écoulement dans un réseau de fractures modélisées comme des surfaces 2D. La discrétisation s'appuie sur le cadre abstrait des schémas gradients. Dans cette étude nous présentons deux classes de schémas de types Gradient Schemes sur ces modèles en monophasique et en diphasique. Les objectifs sont motivés par l'application cible de la thèse qui concerne les procédés de récupération assistée de gaz par fracturation hydraulique dans les réservoirs de très faibles perméabilités / This thesis presents the work on modelling and discretisation of two-phase flows in the fractured porous media. These models couple the flow in the fractures represented as the surfaces of codimension one with the flow in the surrounding matrix. The discretisation is made in the framework of Gradient schemes which accounts for a large family of conforming and nonconforming discretizations. The test cases are motivated by the target application of the thesis concerning the gas recovery under the hydraulic fracturing process in low-permeability reservoirs

In the present work we deal with the stability of the space-time discontinuous Galerkin method applied to non-stationary, nonlinear convection - diffusion problems. Discontinuous Galerkin method is a very efficient tool for numerical solution of partial differential equations, combines the advantages of the finite element method (polynomial approximations of high order of accuracy) and the finite volume method (discontinuous approximations). After the formulation of the continuous problem its discretization in space and time is described. In the formulation of the discontinuous Galerkin method the non-symmetric, symmetric and incomplete version of discretization of the diffusion term is used and there are added penalty terms to the scheme also. In the third chapter are estimated individual terms of the previously derived approximate solution by special norms. Using the concept of discrete characteristic functions and the discrete Gronwall lemma, it is shown that the analyzed scheme is unconditionally stable. At the end, in the fourth chapter, are given some numerical experiments, which verify theoretical results from the previous chapter.

This thesis is concerned with analysis and implementation of Time discontinuous Galerkin method. Important part of it is constructing of algorithm for solving nonlinear convection-diffusion equations, which combines Discontinuous Galerkin method in space (DGFEM) with Time discontinuous Galerkin method (TDG). Nonlinearity of the problem is overcome by damped Newton-like method. This approach provides easy adaptivity manipulation as well as high order approximation with respect to both space and time variables. The second part of the thesis is focused on Time discontinuous Galerkin method, applied to ordinary differential equations. It is shown that the solution of Time discontinuous Galerkin equals the solution obtained by Radau IIA implicit Runge-Kutta method in the roots of right Radau Quadrature. By virtue of this relation, error estimates of the order higher by one than the standard order can be obtained in these points. Furthermore, almost two times higher order can be achieved in the endpoints of the intervals of time discretization. Finally, the thesis deals with the phenomenon of stiffness, which may dramatically decrease the order of the applied method. The theoretical results are verified by numerical experiments. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Die Cu – Ag - Mikroverbund – Werkstoffe besitzen das Potenzial die gegensätzlichen Anforderungen an das Leitermaterial für den Einsatz in einem Hochfeldmagneten, wie hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher elektrischen Leitfähigkeit und ausreichender Verformbarkeit, zu erfüllen. Außerdem bieten diese Werkstoffe gegenüber den anderen, die dafür in Frage kommen können, den großen technologischen Vorteil einer konventionellen schmelzmetallurgischen Herstellung. Jedoch wurde bisher dafür eine sehr aufwändige Technologie verwendet, die die Herstellung des Leitermaterials nur im Labormaßstab ermöglicht. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer Technologie der Herstellung von Leitern, die den Anforderungen für den Einsatz in einem Hochfeldmagneten genügen können und in einem großtechnischen Maßstab verfügbar sind. Der Schwerpunkt der Leiterherstellung aus Cu – Ag - Legierung lag in der Einstellung der geeigneten Mikrostruktur über metallkundliche Mechanismen vor der Drahterzeugung. Hierfür wurden während der einzelnen Prozessschritten die Gefügeentwicklung und für die Anwendung relevante Eigenschaften der Legierungen in binären Cu – Ag – Legierungen und in ternären Cu – Ag -X –Legierungen untersucht. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Mikrostruktur und der Zusammensetzung auf die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Drähte ermittelt sowie eine Korrelation zwischen Mikrostruktur und elektrischen Eigenschaften aufgestellt.

Die Z-Transformation ist ein wichtiges Werkzeug für diskontinuierliche Regelungen. Ein wenig beachteter Transformationsweg führt über die Berechnung von Residuen. Alle wichtigen Besonderheiten wie Mehrfachpole, Sprungfähigkeit, komplexe Pole oder Zeitverschiebung unterhalb der Abtastzeit (modifizierte Z-Transformation) können einbezogen werden. Die Vorgabe von Reihenabbruchkriterien oder das Auffinden von Summenformeln ist nicht notwendig. Der Weg ist prinzipiell für manuelle und maschinelle Berechnungen einsetzbar. Die Vorgehensweise wird durch drei ausführliche Beispiele verdeutlicht. / The Z-transformation is an important tool for the control of discontinuous systems. A seldom considered transformation way uses the residue computation. All relevant fea-tures as for instance multiple poles, process with feedthrough, complex poles or delay less than the sampling time (so called modified Z-transformation) may be included. There is no truncation criterion or search for a sum formula necessary. This way is always applicable for manual as well as for computer-aided computations. Three detailed examples demonstrate the use of the formulas.

Afin d'exploiter les capacités des architectures parallèles telles que les grappes, les grilles, les systèmes multi-processeurs, et plus récemment les nuages et les systèmes multi-cœurs, un langage de programmation universel et facile à utiliser reste à développer. Du point de vue du programmeur, OpenMP est très facile à utiliser en grande partie grâce à sa capacité à supporter une parallélisation incrémentale, la possibilité de définir dynamiquement le nombre de fils d'exécution, et aussi grâce à ses stratégies d'ordonnancement. Cependant, comme il a été initialement conçu pour des systèmes à mémoire partagée, OpenMP est généralement très limité pour effectuer des calculs sur des systèmes à mémoire distribuée. De nombreuses solutions ont été essayées pour faire tourner OpenMP sur des systèmes à mémoire distribuée. Les approches les plus abouties se concentrent sur l’exploitation d’une architecture réseau spéciale et donc ne peuvent fournir une solution ouverte. D'autres sont basées sur une solution logicielle déjà disponible telle que DMS, MPI ou Global Array, et par conséquent rencontrent des difficultés pour fournir une implémentation d'OpenMP complètement conforme et à haute performance. CAPE — pour Checkpointing Aided Parallel Execution — est une solution alternative permettant de développer une implémentation conforme d'OpenMP pour les systèmes à mémoire distribuée. L'idée est la suivante : en arrivant à une section parallèle, l'image du thread maître est sauvegardé et est envoyée aux esclaves ; puis, chaque esclave exécute l'un des threads ; à la fin de la section parallèle, chaque threads esclaves extraient une liste de toutes modifications ayant été effectuées localement et la renvoie au thread maître ; le thread maître intègre ces modifications et reprend son exécution. Afin de prouver la faisabilité de cette approche, la première version de CAPE a été implémentée en utilisant des points de reprise complets. Cependant, une analyse préliminaire a montré que la grande quantité de données transmises entre les threads et l’extraction de la liste des modifications depuis les points de reprise complets conduit à de faibles performances. De plus, cette version est limitée à des problèmes parallèles satisfaisant les conditions de Bernstein, autrement dit, il ne permet pas de prendre en compte les données partagées. L'objectif de cette thèse est de proposer de nouvelles approches pour améliorer les performances de CAPE et dépasser les restrictions sur les données partagées. Tout d'abord, nous avons développé DICKPT (Discontinuous Incremental ChecKPoinTing), une technique points de reprise incrémentaux qui supporte la possibilité de prendre des points de reprise discontinue lors de l'exécution d'un processus. Basé sur DICKPT, la vitesse d'exécution de la nouvelle version de CAPE a été considérablement augmenté. Par exemple, le temps de calculer une grande multiplication matrice-matrice sur un cluster des ordinateurs bureaux est devenu très similaire à la durée d'exécution d'un programme MPI optimisé. En outre, l'accélération associée à cette nouvelle version pour divers nombre de threads est assez linéaire pour différentes tailles du problème. Pour des données partagées, nous avons proposé UHLRC (Updated Home-based Lazy Relaxed Consistency), une version modifiée de la HLRC (Home-based Lazy Relaxed Consistency) modèle de mémoire, pour le rendre plus adapté aux caractéristiques de CAPE. Les prototypes et les algorithmes à mettre en œuvre la synchronisation des données et des directives et clauses de données partagées sont également précisées. Ces deux travaux garantit la possibilité pour CAPE de respecter des demandes de données partagées d'OpenMP / In order to explore further the capabilities of parallel computing architectures such as grids, clusters, multi-processors and more recently, clouds and multi-cores, an easy-to-use parallel language is an important challenging issue. From the programmer's point of view, OpenMP is very easy to use with its ability to support incremental parallelization, features for dynamically setting the number of threads and scheduling strategies. However, as initially designed for shared memory systems, OpenMP is usually limited on distributed memory systems to intra-nodes' computations. Many attempts have tried to port OpenMP on distributed systems. The most emerged approaches mainly focus on exploiting the capabilities of a special network architecture and therefore cannot provide an open solution. Others are based on an already available software solution such as DMS, MPI or Global Array and, as a consequence, they meet difficulties to become a fully-compliant and high-performance implementation of OpenMP. As yet another attempt to built an OpenMP compliant implementation for distributed memory systems, CAPE − which stands for Checkpointing Aide Parallel Execution − has been developed which with the following idea: when reaching a parallel section, the master thread is dumped and its image is sent to slaves; then, each slave executes a different thread; at the end of the parallel section, slave threads extract and return to the master thread the list of all modifications that has been locally performed; the master includes these modifications and resumes its execution. In order to prove the feasibility of this paradigm, the first version of CAPE was implemented using complete checkpoints. However, preliminary analysis showed that the large amount of data transferred between threads and the extraction of the list of modifications from complete checkpoints lead to weak performance. Furthermore, this version was restricted to parallel problems satisfying the Bernstein's conditions, i.e. it did not solve the requirements of shared data. This thesis aims at presenting the approaches we proposed to improve CAPE' performance and to overcome the restrictions on shared data. First, we developed DICKPT which stands for Discontinuous Incremental Checkpointing, an incremental checkpointing technique that supports the ability to save incremental checkpoints discontinuously during the execution of a process. Based on the DICKPT, the execution speed of the new version of CAPE was significantly increased. For example, the time to compute a large matrix-matrix product on a desktop cluster has become very similar to the execution time of the same optimized MPI program. Moreover, the speedup associated with this new version for various number of threads is quite linear for different problem sizes. In the side of shared data, we proposed UHLRC, which stands for Updated Home-based Lazy Release Consistency, a modified version of the Home-based Lazy Release Consistency (HLRC) memory model, to make it more appropriate to the characteristics of CAPE. Prototypes and algorithms to implement the synchronization and OpenMP data-sharing clauses and directives are also specified. These two works ensures the ability for CAPE to respect shared-data behavior

The subject of this master thesis is focused to the refining of the cast structure of gamma-TiAl–2Nb alloy using cyclic heat treatment and to the analysis of the grain refining mechanism. Structure evolution after applied cycles of heat treatment was characterized using light, laser and electron microscopy and using microhardness tests. Application of five heat treatment cycles during which two phase transformations (eutectoid and alpha-recrystallization reactions) repeatedly took place resulted in refining of the cast columnar structure having the mean grain size 512 microns to fully lamellar structure containing gamma and alpha2 phases having the mean grain size 229 microns. Lamellae thickness of gamma was not changed while the thickness of alpha2 phase decreased, up to 78 nm. Refining of alpha2 phase resulted in the increase of the microhardness by 20 %. The recrystallized cast structure obtained by cyclic heat treatment and the knowledge on the mechanisms of the refining the structure were compared with the literature data and were discussed in order to propose more efficient procedure for refining thermal treatment of cast TiAl alloys.

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