Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:15:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 323921.pdf: 1020920 bytes, checksum: 195abb89ab3843589701c3ceadefce33 (MD5) Previous issue date: 2013 / Esta tese de doutorado investiga dois aspectos relevantes na Teoria do Controle Supervisório (TCS) de Sistemas a Eventos Discretos (SEDs): (i) o grau de dificuldade enfrentado ao modelar especificações para serem cumpridas pelo sistema sob controle; (ii) a complexidade computacional do procedimento de síntese de uma solução para o Problema do Controle Supervisório (PCS). Para tratar desses aspectos, são propostas duas diferentes abordagens: o uso de Distinguidores e o uso de Autômatos Finitos Estendidos (AFEs). A abordagem com distinguidores consiste em refinar o conjunto original de eventos do modelo de um SED, em um novo conjunto. Cada refinamento é apropriadamente escolhido para identificar uma instância particular em que o evento original ocorre no sistema. Então, um mapa chamado Distinguidor é proposto para estabelecer a relação entre as cadeias dos alfabetos original e refinado. Fazendo-se uso de eventos refinados, pode-se simplificar a modelagem de especificações de controle cuja representação seria bastante complexa no alfabeto original. Além disso, é mostrado que resolver o PCS usando distinguidores leva diretamente à solução ótima de controle, porém, sem vantagens computacionais na síntese em relação ao método não-refinado. Nesse sentido, é também mostrado como construir aproximações para o modelo refinado de um SED. Ao serem usadas na síntese de supervisores, as aproximações permitem reduzir o custo computacional do procedimento, ao mesmo tempo em que permitem preservar a controlabilidade, a máxima permissividade e o não-bloqueio da solução de controle. A segunda proposta a ser apresentada consiste em modelar um SED através de AFEs. Os AFEs são estruturas de estados cujas transições são estendidas com fórmulas que atualizam variáveis de tal modo que seus valores passam a fazer parte dos estados. Assim, fazendo-se uso de valores de variáveis, pode-se facilmente expressar a semântica de uma especificação através de condições lógicas, implementadas sobre o modelo de um SED. Mostra-se que o uso de AFEs leva diretamente à solução ótima para o PCS a qual, no entanto, é obtida sem vantagens computacionais, em relação ao método convencional. Isso ocorre, porque os valores das variáveis, ainda que implícitos no modelo do sistema, precisam ser considerados na síntese, o que elimina possíveis ganhos trazidos pela simplificação da modelagem. Nesse sentido, propõe-se um método para abstrair certas variáveis no AFE que modela um SED. Ao serem usadas na síntese, tais abstrações reduzem o custo computacional do procedimento, ao mesmo tempo em que permitem preservar a controlabilidade, a máxima permissividade e o não-bloqueio da solução de controle. Um algoritmo para obter supervisores, a partir de AFEs, também é apresentado e ilustrado por meio de um exemplo. Sempre que possível, as duas abordagens propostas são comparadas e ilustradas por exemplos. Em particular, o exemplo de um sistema de manufatura é adotado ao longo da tese para permitir a análise dos diferentes métodos de síntese. Como contribuição final, propõe-se associar o uso de distinguidores a um método descentralizado de síntese, em particular ao Controle Modular Local (CML). Inicialmente, mostra-se que o uso direto de distinguidores, em geral, complexifica a resolução do CML. Essa inconveniência é mitigada pela síntese combinada, um método por meio do qual supervisores locais são obtidos usando distinguidores apenas quando apropriado. Esse método leva a um comportamento global controlado que é equivalente ao CML original, porém, que também é processado com equivalente custo computacional. Nesse sentido, mostra-se ainda como combinar vantagens do CML, de distinguidores e de aproximações. O mesmo exemplo do sistema de manufatura ilustra essa contribuição final.<br>

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:17:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 323092.pdf: 1171082 bytes, checksum: 7e4ef5e3bbdba279d31cf885cadf1646 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta métodos de otimização não-diferenciável aplicados à produção de petróleo. Na indústria do petróleo e gás, a produção de reservatórios, poços e sistemas relacionados pode ser predita com a utilização de simuladores numéricos. Este trabalho estuda técnicas de otimização que não fazem uso de derivadas da função objetivo, sendo adequadas para a utilização direta de ferramentas de simulação. São apresentadas a "busca direta direcional" e "região de confiança não-diferenciável". A primeira não faz qualquer uso de modelos, enquanto a segunda utiliza modelos que aproximam a função objetivo em uma região limitada. Ambas são estudadas em suas formas irrestritas e com restrições lineares nas variáveis. Foi feita uma análise computacional em que ambos os métodos foram utilizados para a alocação de gás de injeção a um campo de produção de petróleo, com as produções dos poços modeladas por funções suaves, que garantiam suas condições de convergência. Os dois métodos convergiram para os pontos ótimos, sendo que o de região de confiança apresentou maior eficiência. Uma segunda análise computacional, contemplando apenas o método de região de confiança foi realizada empregando um simulador fenomenológico de poços de petróleo. Ambos os algoritmos podem servir de base para a otimização também com restrições não-lineares. Para tanto, propomos a utilização do método de Lagrangiano aumentado, que substitui as restrições não-lineares por penalizações na função objetivo, transformando o problema não-linear em uma sequência de problemas com restrições lineares. É possível implementá-lo sem necessidade de informações sobre as derivadas. Apresentamos a teoria de como isto pode ser feito, porém sem uma análise numérica. <br> / Abstract : This work presented methods of nondifferentiable optimization applied to the production of petroleum. In the petroleum industry, the production of reservoirs, wells and related systems can be accurately predicted using numerical computer simulators. This work presented techniques of optimization that do not use the derivative of the objective function, hence better suited to use directly those simulation tools. The methods of directional direct-search and nondifferentiable trust-region are presented. The former does not make use of any model, whereas the latter samples the objective function to build models in a limited region. Both are studied in their unconstrained form and with linear constraints on the variables. A computational analysis has been carried out, in which both methods where employed in order to optimize the lift-gas allocation in a field of petroleum wells, modeled by smooth functions, so that their convergence conditions were satisfied. Both methods converged to the optimum, being the trust-region the more effective. A second analysis has been conduced, using only the trust-region method and a phenomenological simulator of petroleum wells. Both algorithms can be used also in optimization with nonlinear constraints. To that end, we propose the method of augmented Lagrangian, in which the nonlinear constraints are substituted by penalizations on the objective function, rendering the solution of nonlinear problem a sequence of subproblems with linear constraints. This method can also be used without knowledge of derivatives. Part of the underlying theory is presented.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:23:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 321785.pdf: 6715855 bytes, checksum: e1fc8a300eb2b519edd1ec6ff0bad526 (MD5) Previous issue date: 2013 / Em diversas aplicações de monitoramento, tais como aquelas que podemser encontradas no chão da fábrica industrial ou com o propósitode observação ambiental, pode ser desejável obter uma cobertura desensoriamento uniforme, de forma a proporcionar o mesmo grau decobertura para toda rede. O padrão IEEE 802.15.4 tem se tornadoum importante padrão para as Redes de Sensores Sem Fio. Entretanto,o uso da topologia cluster tree nessas redes diculta a obtençãode uma cobertura uniforme e imparcial da área observada. Clustersmais distantes da estação base são eventualmente prejudicados, tendoas mensagens de seus sensores atrasadas e descartadas. Neste trabalho,é proposto o framework intitulado GLHOVE (GLobal and HOmogeneousView of the Environment), cujo objetivo é fornecer uma coberturamínima e uniforme da área de interesse, reduzindo ao máximo o consumoenergético da rede. Simultaneamente, o GLHOVE pode priorizaralgumas regiões de maior importância para a aplicação, as chamadashotspots, proporcionando diferentes níveis de QoS para os clusters queas monitoram. Os resultados das simulações mostram que o GLHOVEmelhorou a imparcialidade da rede com relação à quantidade de mensagensrecebidas pela estação base. Além disso, o GLHOVE atingiu aQoS desejada e proporcionou um considerável aumento do tempo devida da rede. <br> / Abstract : In several monitoring applications, such as those that can be found inindustrial factory oor or with environmental observing purpose, it maybe necessary to obtain an uniform sensing coverage, providing as muchas possible the same coverage degree for the entire network area. TheIEEE 802.15.4 has become an important standard in wireless sensornetworks. However, the use of cluster-tree topology in these networkshampers a fair and uniform coverage in the sensing area. Clusters moredistant from the base station are eventually adversely aected, withmessages from its sensors delayed and discarded. In this paper, wepropose a framework, entitled GLHOVE (GLobal and HOmogeneousView of the Environment), whose goal is to make a trade-o betweena minimum and uniform coverage area and the energy consumptionof the network. At the same time, GLHOVE can prioritize hotspotsregions due to it more importance for the application, providing differentQoS levels for their clusters. The simulation results show thatGLHOVE improved the fairness (w.r.t. messages received by base station).Besides that, GLHOVE reached the required QoS and provideda considerable increase in the network lifetime.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340506.pdf: 7060014 bytes, checksum: 5def456b81bf4cf51a73e82062478cdd (MD5) Previous issue date: 2015 / Nesta dissertação, propomos um estudo comparativo da dinâmica e da robustez entre redes de regulação gênica capazes de gerar e manter oscilações com o período próximo de 24 horas - razão pela qual são chamadas de ciclos circadianos.O objetivo é investigar quais mecanismos biológicos estão associados a comportamentos oscilatórios mais robustos e que outras dinâmicas tais redes exibem quando sofrem alterações em seus parâmetros.Existentes na maior parte dos organismos - desde arquebactérias até nós, seres humanos - os ciclos circadianos têm a função de um relógio interno à célula, que os utiliza para antever as mudanças em seu ambiente externo decorrentes dos ciclos de noite e dia e controlar seu comportamento de acordo. Apesar de poder ser reprogramado por meio de informações provenientes do meio externo - como a luz, por exemplo - esse relógio opera de forma autônoma, graças a duas características essenciais: um laço de realimentação negativa em seu controle e um atraso nele embutido. Selecionamos redes estruturalmente diferentes que apresentam ambas essas particularidades e construímos seus modelos de simulação estocástica. De forma concomitante, definimos um modelo booleano para representar com um nível maior de abstração o comportamento esperado, i.e., os ciclos circadianos.Por meio de análise numérica dos modelos estocásticos, buscamos configurações paramétricas para as quais seu comportamento é próximo daquele esperado. Para os casos em que fomos bem sucedidos nesse processo de busca, guiado pelos métodos aqui propostos, utilizamos os valores encontrados como referência e, em torno deles, variamos cada parâmetro individualmente. As variações para as quais os modelos apresentaram dinâmicas não oscilatórias - dinâmicas estas que também podem ser capturadas por modelos booleanos - fornecem um indício de como interferir no funcionamento normal dos relógios circadianos.Por fim, da análise como um todo, observamos que os modelos das redes constituídas por um par de genes ativador-repressor apresentam um comportamento mais próximo de um relógio circadiano e que suas oscilações são mais robustas às variações impostas, se comparadas àquelas formadas por um único gene que se autorreprime; ademais, a presença de um laço de realimentação que requer a formação de complexos entre as proteínas reguladas também contribui neste sentido.<br> / Abstract: In this thesis, we propose a comparative study of the dynamics and robustness among gene regulatory networks that are capable of generating and maintaining oscillations with a period close to 24 hours - hence them being called circadian cycles.The objective is to investigate which biological mechanisms are associated with more robust oscillatory behaviors, and which other dynamics such networks exhibit in face of parametric variations. Present in most organisms - from archaebacteria to us, human beings - circadian cycles have the role of a clock within the cell, which uses them to anticipate changes in its external environment due to day and night cycles and to control its behavior accordingly. Although it can be reprogrammed by means of information coming from the environment - as light, for instance -this clock operates autonomously, driven by two main characteristics: a negative feedback loop in its control, and a delay incorporated to it. We select networks that possess both of these characteristics but are structurally different, and build their stochastic simulation models. Concomitantly, we define a boolean model to represent in a higher abstraction level the expected behavior, i.e., the circadian cycles. Through a numerical analysis of the stochastic models, we seek parametric configurations for which their behavior is close to the expected one. For those cases in which we are successful in this search - guided by the methods proposed here - we utilize the obtained values as references and, in their vicinity, vary each parameter individually. The variations for which the models present non-oscillatory dynamics - also suitable to be represented by boolean models - indicate how to interfere in the normal operation of circadian clocks.Finally, from the overall analysis, we observe that the models of networks comprised of a pair of activating-repressing genes present a behavior closer to a circadian clock, and that their oscillations are more robust to the imposed variations, when compared to those formed by a single self-repressing gene; furthermore, the presence of a feedback loop that requires the formation of complexes among the regulated proteins also contributes in that direction.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:59:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339046.pdf: 4955624 bytes, checksum: 91d575942e56dfaa911e0177c061e1c3 (MD5) Previous issue date: 2015 / O Laboratório Experimental de Escoamento Multifásico (LEEM) do Departamento de Automação e Sistemas tem por objetivos: (i) o estudo dos escoamentos multifásicos aplicados à indústria do petróleo; (ii) o desenvolvimento de medidores de vazão multifásicos para a indústria do petróleo; (iii) o desenvolvimento de novas técnicas de controle de escoamentos multifásicos (supressão de golfadas, estabilização de regimes de escoamento, etc.); (iv) o desenvolvimento de novas técnicas de separação em linha de fluidos multifásicos. O LEEM conta com uma Unidade de Experimentação de Escoamentos Multifásicos (UEEM) e com uma sala de medição para testes de protótipos de medição e controle.A UEEM permite basicamente misturar vazões controladas de água, óleo inerte e ar comprimido previamente medidas com precisão. O fluído misturado é conduzido para uma área de ensaios onde podem ser testados diferentes protótipos, assim como medidores comerciais, de vazão monofásica, bifásica ou multifásica. A mistura multifásica passa pela área de testes e retorna ao separador que opera a pressão atmosférica. A planta conta com um sistema de aquisição de dados que permite adquirir dados dos instrumentos de medida de cada fração bem como aqueles do sensor sendo investigado. O objetivo principal deste trabalho consiste na automação da operação de uma unidade de experimentação de laboratório (UEEM). Em particular, (i) desenvolver sistemas de controle via rede; (ii) de instrumentação e de segurança; (iii) de automação da operação de ensaios e testes desta unidade. Para a automação da unidade aplicou-se a tecnologia de redes FOUNDATION Fieldbus (FF), uma rede interoperável com controle distribuído em campo e manutenção simples. Este trabalho mostra na prática e de forma detalhada a execução de todas as camadas da pirâmide da tecnologia FOUNDATION Fieldbus, enfatizando as suas funcionalidades, vantagens e desvantagens. <br> / Abstract : The Experimental Laboratory of Multiphase Flow (LEEM) of the Department of Automation and Systems aims to: (i) the study of multiphase flow applied to the petroleum industry; (ii) the development of multiphase flow meters for the oil industry; (iii) development of new multiphase flow control techniques (slugs, stabilizing flow regimes, etc.); (iv) the development of new techniques for separation of multiphase fluid line. The LEEM has an Experimentation Unit of Multiphase Flows (UEEM) and a measuring room for measurement and control prototype testing.The UEEM basically allows controlled mixing of water flows, inert oil and compressed air previously measured accurately. The mixed fluid is conducted to an area where testing different prototypes can be tested, as well as commercial meters, the flow monophasic, biphasic or multiphasic. The multiphase mixture passes through the testing area and returns to the separator which operates at atmospheric pressure. The plant comprises a data acquisition system that enables acquiring data of the measuring instruments of each fraction as well as those of the sensor being investigated. The aim of this work is the automation of the operation of a laboratory experiment unit (UEEM). In particular, (i) develop networked control systems; (ii) of instrumentation and safety; (iii) automation of the testing operation and testing of the unit.The FOUNDATION Fieldbus technology (FF), an interoperable network with distributed control in the field and simple maintenance, has been applied to the experimental unit. This work shows in practice and in detail the implementation of all the pyramid layers of FOUNDATION Fieldbus technology, emphasizing their features, advantages and disadvantages.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:04:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338944.pdf: 2161265 bytes, checksum: 854828f3cdb1d474ddf4a5709211b1f7 (MD5) Previous issue date: 2015 / A utilização de modelos fuzzy Takagi-Sugeno (T-S) tem sido extensivamente investigada no decorrer das últimas décadas, principalmente por propiciarem o desenvolvimento de metodologias de projeto de sistemas de controle não lineares que possuem caráter sistemático e solução numérica, fazendo-se uso de propriedades inerentes como a de aproximação universal e/ou de convexidade dos modelos. Nota-se, entretanto, que as técnicas de modelagem fuzzy T-S atuais, em geral, garantem a convexidade do modelo e/ou a sua precisão de representação somente para uma determinada região do espaço de estados. Desta forma, para estratégias de controle baseadas em propriedades de convexidade, a estabilidade do sistema de malha fechada formado pelo sistema não linear realimentado pela lei de controle fuzzy deve ser estudada no contexto de estabilidade local, sendo fundamental a determinação de regiões de estabilidade para o sistema de malha fechada. Esta importante característica dos modelos fuzzy T-S raramente é considerada na literatura, podendo implicar em perda de desempenho e até mesmo instabilidade do sistema em malha fechada. Outro problema inerente à utilização de modelos fuzzy T-S diz respeito ao aumento exponencial de complexidade do modelo com o número de não linearidades presentes no sistema, principalmente quando se busca descrever de forma exata a dinâmica do sistema a controlar, o que implica no aumento da complexidade numérica dos algoritmos para análise e projeto, assim como do aumento da complexidade de implementação de leis de controle. Neste contexto, esta tese busca evidenciar a importância da consideração da validade regional dos modelos fuzzy de tipo T-S para o desenvolvimento de ferramentas de análise e síntese de sistemas de controle não lineares, assim como considerar outras restrições físicas presentes no sistema de controle como limites nos atuadores, e discutir a problemática associada à complexidade dos modelos fuzzy T-S. Um método de modelagem baseado no uso de regras não lineares locais é desenvolvido permitindo, além de uma representação compacta e precisa da planta não linear original, o tratamento do problema de projeto de controladores dinâmicos por realimentação de saídas na presença de não linearidades dependentes de estados não mensuráveis do sistema. Utilizando-se funções de Lyapunov fuzzy (FLF), são desenvolvidas condições de estabilidade e estabilização para o sistema em malha fechada que podem ser verificadas em termos de factibilidade de um conjunto de desigualdades matriciais lineares. Os controladores propostos são baseados na realimentação de estados e do vetor de não linearidades de setor, ao qual são consideradas perturbações limitadas em energia ou amplitude, e na realimentação dinâmica de saídas, para sistemas não perturbados com atuadores saturantes ou para sistemas sujeitos a perturbações persistentes. Exemplos numéricos são apresentados ao longo do trabalho com o objetivo de ilustrar a eficiência dos métodos propostos. Ainda, objetivando auxiliar estudantes, engenheiros e pesquisadores na análise e projeto de controle de sistemas não lineares, apresenta-se o desenvolvimento de uma ferramenta computacional interativa para a modelagem e controle fuzzy. Aspectos práticos e um estudo da complexidade de implementação digital de controladores fuzzy também são discutidos através da simulação Hardware-in-the-Loop (HIL) com utilização de uma placa de desenvolvimento FPGA (do inglês Field Programmable Gate Array).<br> / Abstract : Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy models have been extensively investigated over the last decade to develop the so-called fuzzy model based (FMB) control techniques, providing nonlinear control design methodologies with a systematic aspect and numerical solution. However, the actual T-S fuzzy modeling techniques, in general, only guarantee the convexity of the model and/or their accuracy of representation for a specific domain of the state space. Thus, for control strategies based on convexity properties, the stability of the closed-loop system composed of the nonlinear system and the fuzzy controller should be analyzed in a local context, being fundamental to determining stability regions for the closed-loop system. This inherent local characteristic is often not considered in most FMB control design results, which may lead to poor performance or even instability of the closed-loop system. In this sense, this thesis aims to consider the regional validity of the T-S fuzzy models for the development of nonlinear control systems analysis and design tools, to consider other physical constraints and to discuss the problems associated with the complexity of T-S fuzzy models. A modeling method based on the use of nonlinear local rules that provides a compact and accurate representation is presented, allowing also to handle with the dynamic output feedback control problem for systems with nonlinearities that may depend on unmeasurable states. Using fuzzy Lyapunov functions (FLF), closed-loop stability conditions are provided, which can be verified in terms of the feasibility of a set of linear matrix inequalities (LMIs). The proposed controllers are based on a state and sector nonlinearities feedback, for systems subject to disturbances bounded in energy or amplitude, and on a dynamic output feedback, for systems with saturating actuators. Numerical examples are presented throughout this document to illustrate the effectiveness of the proposed design methodologies. Further, aiming to assist students and engineers in the nonlinear control system design, an interactive computational tool is presented for fuzzy modeling and control. Practical aspects and a study of the digital implementation of fuzzy controllers are discussed using a Hardware-in-the-Loop (HIL) simulation with a Field Programmable Gate Array (FPGA) development board.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:19:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338945.pdf: 42675302 bytes, checksum: 9a78ba3aad551afc6483a055b5c870ea (MD5) Previous issue date: 2015 / Nesta tese é abordado o problema de medição de fração volumétrica de água em escoamentos estratificados de óleo e água utilizando técnicas capacitivas.A tomografia por capacitância elétrica (Electrical Capacitance Tomography- ECT) e estratégia de combinação de eletrodos serviram como base teórica fundamental para o desenvolvimento de uma nova técnica de medição denominada Tomometria Capacitiva Elétrica (Electrical Capacitance Tomometry- ECTM). O termo tomometria foi escolhido, pois o método é baseado em múltiplas medições ou medições (medida, metria) por partes (tomo). Tal técnica apresenta-se como uma solução para contornar alguns dos problemas referentes à medição de fração volumétrica em aplicações de tempo real. Inicialmente, é apresentada uma metodologia para o projeto do sensor com base no aumento da sensibilidade e um protótipo é construído. Posteriormente,uma série de simulações e experimentos estáticos e dinâmicos são realizados, confrontando os resultados com aqueles obtidos aplicando-se ECT.<br> / Abstract : This thesis presents the problem of water volume fraction measurement instratified oil-water two-phase flow using capacitance techniques. The electrical capacitance tomography (ECT) and the combining electrode strategy are used as theoretical tools for developing a new measurement technique named Electrical Capacitance Tomometry (ECTM). This technique comes up as a solution to overcome some problems related to volume fraction measurement in real-time applications. Initially, are presented a methodology for sensor design based on sensitivity optimization and a prototype sensor is built. Then, simulations and dynamic and static experiments are carried out, comparing the results with those obtained by applying ECT.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016 / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:26:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2016Bitstream added on 2016-10-25T03:12:29Z : No. of bitstreams: 1 342327.pdf: 10243259 bytes, checksum: 34c08009c7f6079999c9bc018cac313f (MD5) / No desenvolvimento de aplicações hipermídia, o projetista pode erroneamente inserir comportamentos indesejados. Metodologias baseadas em teste ou análise de linha temporal para verificar a corretude de aplicações são limitadas, por não serem exaustivas e serem consumidoras de tempo. Outra alternativa é a utilização de metodologias baseadas em verificação formal, que permitem uma análise exaustiva e mais rápida da aplicação. A verificação formal requer que a aplicação e os comportamentos a serem verificados estejam representados em linguagens formais, de difícil aprendizagem por um projetista de aplicação hipermídia. O presente trabalho propõe uma metodologia baseada no uso de verificação formal por model-checking, a partir de uma representação da aplicação, das propriedades a serem verificadas e do diagnostico de eventuais erros, ambos em linguagens e representações de fácil uso e entendimento para o projetista destas aplicações. Essa metodologia é dividida em quatro fases: Modelagem, Transformação, Verificação e Diagnóstico/Correção. Inicialmente, o projetista codifica sua aplicação em alguma linguagem de domínio específico (por exemplo, NCL ou SMIL), e especifica os comportamentos desejados a serem verificados numa linguagem de descrição simples, proposta neste trabalho. A seguir, essas descrições das aplicações e comportamentos são transformadas, seguindo a abordagem MDE (Model Driven Engineering), nos modelos formais utilizados na verificação. Em caso de algum comportamento desejado não ser satisfeito, a ferramenta de model-checking oferece um contraexemplo que, após transformação, é apresentado na forma de uma linha de tempo, permitindo diagnosticar a origem do erro e fornecer informações para a sua correção. Para apoiar a metodologia proposta, foi construído um protótipo de um ambiente de desenvolvimento, no qual o projetista pode verificar o comportamento de sua aplicação. As avaliações da metodologia e de seu ambiente, realizadas em diversas aplicações hipermídia mostram suas potencialidades de uso para aplicações mais complexas e no caso de edição "ao vivo".<br> / Abstract : In the development of hypermedia applications, the designer can mistakenly insert undesirable behaviors. Methodologies based on tests or timeline analysis to verify the correctness of applications are limited because they are not exhaustive and are time consuming. Another alternative is the use of methodologies based on formal verification, allowing an exhaustive and more fast analysis of the application. Formal verification requires that the application and behavior to be verified are represented in formal languages, which are difficult to learn by a hypermedia application designer. This work proposes a methodology based on the use of formal verification by model-checking, from an application representation, the properties to be verified and the diagnosis of errors, both in languages and representations of easy use and understanding by designer of these applications. This methodology is divided into four phases: Modeling, Transformation, Verification and Diagnosis/Correction. Initially, the designer encodes his application in any domain specific language (eg, NCL or SMIL), and specifies the desired behaviors to be checked in a simple description language proposed in this work. Then these descriptions of applications and behaviors are transformed, following the MDE approach (Model Driven Engineering), in formal models used for verification. If some desired behavior is not satisfied, the model-checking tool provides a counterexample that, after processing, is presented as a timeline, allowing to diagnose the source of the error and provide information for its correction. To support the proposed methodology, a prototype development environment was built, in which the designer can verify the behavior of your application. Evaluations of the methodology and its environment, performed in several hypermedia applications, showed their potential of use for more complex applications and in the case of editing "live".

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-04T04:08:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344655.pdf: 1117941 bytes, checksum: a45c92ea3c17a0805934928a27206a2e (MD5) Previous issue date: 2016 / A otimização da produção de poços de petróleo operados por injeção contínua de gás (gas-lift) sob restrições de roteamento e pressão é um problema que tem sido bastante abordado na literatura técnica.Na busca por uma representação da relação em regime permanente entre variáveis do processo, recorre-se, frequentemente, a funções algébricas. Funções essas derivadas a partir de um conjunto de dados obtidos de medições reais ou de simuladores fenomenológicos do processo. Dois métodos são comumente usados para aproximar essas relações: modelos não lineares e lineares por partes. Modelos não lineares são resolvidos por abordagens "caixa-preta" ou fazem uso de substituições obtidas por meio de ajustes nas funções que envolvem o problema, o que permite resolver problemas difíceis.Já os modelos lineares por partes são bastante eficientes no sentido de permitirem que se alcance ótimos globais, entretanto, inserem no problema de otimização um número elevado de variáveis quando são utilizadas muitas curvas para a representação do modelo.Nessa dissertação é proposta uma abordagem genérica para a solução do problema a partir de aproximações lineares ou quadráticas côncavas para curvas de produção de poços e funções lineares ou quadráticas convexas para curvas de queda de pressão. O resultado é uma formulação em Programação Convexa Inteira Mista a qual é mais compacta e permite que se alcance o ótimo global. No entanto, utilizando somente aproximações lineares para curvas de produção de poços e queda de pressão, o modelo se torna de Programação Linear Inteira Mista, o qual é mais eficiente quando aplicado a modelos com um menor fatiamento do domínio.Duas formulações foram desenvolvidas e suas eficiências foram analisadas em termos de análise computacional para um campo de petróleo sintético representativo. Além disso, demonstra-se que essas formulações são equivalentes e podem ser utilizadas para a solução do problema de otimização da produção de petróleo.<br> / Abstract : The optimization of oil wells operated by gas-lift under facility, routing and pressure constraints is a problem that is being addressed in the technical literature. Due to the presence of unknown functions that are not given in explicit form, two methods are commonly used to approximate such relations: nonlinear and piecewise-linear models. The nonlinear methods fall into derivative-free or black-box approaches, or make use of surrogates obtained by curve fitting procedures, which can entail solving challenging problems. Piecewise linear models are efficient in order to reach globally optimal solutions, but their models tend to get very large because of the number of variables inserted in the problem.In this work, it is proposed a generic approach relying on linear or concave quadratic approximations for well production curves and linear or convex quadratic functions for pressure drops combining all possibilities of approximations. The result is a Mixed-Integer Convex Programming (MICP) formulation which is more compact and allows the global optimum to be reached. However, using only linear curves for well production and pressure-drop curves the model becomes a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) formulation which is more efficient when applied in smaller domain divisions.Two formulations were developed and their performance were assessed by means of computational analysis for a representative synthetic oil field.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-04T04:12:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344653.pdf: 2108076 bytes, checksum: 191ece33681ef25464279d80eb92f1c5 (MD5) Previous issue date: 2016 / Nesta tese é apresentada uma proposta de sistema de inferência fuzzy interpolativo do tipo Takagi-Sugeno aplicado ao controlador por matriz dinâmica para o controle de sistemas não-lineares de modelo Hammerstein. Embora a literatura de controladores preditivos baseados em modelo seja vasta há uma necessidade quanto a aplicações MIMO (Multiple Input Multiple Output) para modelos Hammerstein. Parte do problema está na dificuldade em modelar a não-linearidade e utilizar este modelo na estrutura de controle preditivo baseado em modelo. Uma possibilidade é o uso de otimização numérica para resolver o conjunto de equações do controlador preditivo porém esta é uma alternativa computacionalmente custosa e em algumas situações inexequível, já que pode não atender requisitos de aplicação prática. Por outro lado é possível utilizar no controlador um compensador de saída cujo objetivo é cancelar a não-linearidade estática do modelo Hammerstein através da sua função inversa, resultando em um projeto pseudo-linear. A vantagem desta abordagem é que o sistema resultante se comporta como um sistema linear e assim é possível aplicar técnicas clássicas de estabilidade, robustez e análise frequencial. O objetivo principal desta tese é a aplicação do controlador por matriz dinâmica em sistemas MIMO com modelo Hammerstein. A não-linearidade do modelo é compensada usando um método conhecido como busca iterativa, onde é escolhida a melhor solução da função inversa, no caso de múltiplas soluções. Para modelar a não-linearidade estática do modelo Hammerstein foi desenvolvido um interpolador fuzzy Takagi-Sugeno, chamado Interpolador Hipercúbico de Lógica Fuzzy (FLHI - Fuzzy Logic Hypercube Interpolator). Neste interpolador as funções de pertinência agem como funções de base. Conjunção lógica de funções de pertinência de base no espaço de um hipercubo unitário permite interpolação multivariável de N dimensões. A escolha de funções de pertinência determina características interpoladoras, permitindo que FLHI se comporte como um interpolador vizinho mais próximo, linear, spline, Lanczos ou cúbico, para citar alguns. O interpolador proposto é aplicado como solução ao problema de modelagem de não-linearidades estáticas, já que é capaz de modelar tanto uma função quanto sua função inversa. Três casos de estudo da literatura são apresentados: um sistema SISO (Single Input Single Output), um sistema MISO (Multiple Input Single Output) e um sistema MIMO. Bons resultados são alcançados ao que se diz respeito a métricas de desempenho tais como rastreamento de referência, variação de controle e robustez. Os resultados obtidos indicam a aplicabilidade do método proposto como compensador de saída em controle preditivo, devido a sua capacidade em modelar não-linearidades estáticas de sistemas Hammerstein e suas funções inversas.<br> / Abstract : This thesis presents a proposal for a fuzzy Takagi-Sugeno inference system applied to dynamic matrix control for control of non-linear systems with Hammerstein Model. Although the model based predictive control literature is vast there is a necessity regarding MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) applications for Hammerstein model. Part of the problem lies in the difficulty in modelling the nonlinearity and using this model in a predictive control structure. One possibility is the use of numeric optimization to solve the set of predictive control equations, however this is a computationally expensive alternative and in some situations unfeasible, since it may not comply to practical requirements. On the other hand, it's possible to use an output compensator in the controller with the goal of cancelling the static nonlinearity in the Hammerstein model through its inverse function. The advantage of this approach is that the resulting system behaves as a linear system and as such it's possible to apply classical techniques for stability, robustness and frequency analysis. The main objective of this thesis is the application of dynamic matrix control to MIMO systems with Hammerstein model, the nonlinearity of the model is compensated using a method known as iterative search, where the best solution of the inverse function is chosen, in the case of multiple solutions. A fuzzy Takagi-Sugeno interpolator was created aiming to model static non-linearities in Hammerstein Models, called Fuzzy Logic Hypercube Interpolator (FLHI). In this interpolator membership functions act as kernel functions. Logical conjunction of kernel membership functions in unitary hypercube space allow N-dimension multivariable interpolation. Choice of membership functions determine interpolating characteristics, enabling FLHI to present itself as an interpolator such as nearest neighbor, linear, spline, Lanczos or cubic, to name a few. The proposed interpolator is applied as a solution to the problem of modeling static non-linearities, since it is capable of modeling both a function and its inverse function. Three case studies from literature are presented: a SISO (Single-Input Single-Output) system, a MISO (Multiple-Input Multiple-Output) system and a MIMO system. Good results are obtained regarding performance metrics such as set-point tracking, control variation and robustness. Obtained results indicate applicability of the proposed method in modeling static non-linearities of Hammerstein systems and its inverse functions as implementation of an output compensator in predictive control.