Este trabalho apresenta uma metodologia para a alocação de fontes de reativos em sistemas de energia elétrica. A metodologia é baseada no multiplicador de Lagrange, o qual indica a sensibilidade entre a função objetivo perdas de potência ativa na transmissão, e as restrições injeções de potência reativa. Os multiplicadores de Lagrange são obtidos impondo-se as condições de estacionaridade à função Lagrangeana Aumentada, a qual é associada ao problema de Fluxo de Carga Ótimo. A metodologia é comparada com o método Simplex e com o sistema original. Testes foram realizados com os sistemas AEP14 e AEP30 que mostraram a eficiência da metodologia. / This work presents a methodology for the allocation of reactive sources in electrical power systems. The methodology is based on Lagrange\'s multiplier that points out the sensibility between the objective function - transmission active power loss and the constraints reactive power injections. The Lagrange\'s multipliers are obtained by imposing the conditions of stationarity at Augmented Lagrangeana function, that is connected to the Optimal Load Flow problem. The methodology is compared with the Simplex method and the original system. Tests were canied out with AEP14 and AEP30 systems, that showed the efficiency of the methodology.

Die Habilitationsschrift beschäftigt sich mit Theorie, Algorithmen und Software zur Lösung von nichtkonvexen, gemischt-ganzzahligen, nichtlinearen Optimierungsproblemen (MINLP). Sie besteht aus 14 Kapiteln, die in zwei Teile gegliedert sind. Im ersten Teil werden grundlegende Optimierungswerkzeuge beschrieben und im zweiten Teil werden Lösungsalgorithmen vorgestellt. Fast alle vorgeschlagenen Algorithmen wurden als Teil der objektorientierten C++ Bibliothek LaGO implementiert. Numerische Experimente mit verschiedenen MINLP-Problemen zeigen die Möglichkeiten und Grenzen dieser Verfahren. / This book is concerned with theory, algorithms and software for solving nonconvex mixed integer nonlinear programs. It consists of two parts. The first part describes basic optimization tools, such as block-separable reformulations, convex and Lagrangian relaxations, decomposition methods and global optimality criteria. The second part is devoted to algorithms. Starting with a short overview on existing methods, we present deformation, rounding, partitioning and Lagrangian heuristics, and a branch-cut-and-price algorithm. The algorithms are implemented as part of an object-oriented library, called LaGO. We report numerical results on several mixed integer nonlinear programs to show abilities and limits of the proposed solution methods.

Ce projet se place dans le contexte des futures missions habitées d’exploration du système solaire (avec un horizon de 2025), en respect de la feuille de route proposée par l’ISECG (International Space Exploration Coordination Group) [1]. Une nouvelle avancée serait de maintenir, à un des points de Lagrange du système Terre-Lune, en avant-poste, une station spatiale qui faciliterait l’accès vers les destinations telles que la Lune, Mars et les astéroïdes et permettrait de tester certaines technologies, notamment avant de les employer pour des missions plus lointaines. Un des principaux défis sera de maintenir en permanence et de garantir à bord la santé de l’équipage, à l’aide d’un centre médical (SMC) autonome arrimé à cette station. Se pose alors la problématique de la servitude d’une telle station, pendant la phase de déploiement (assemblage des différents modules constitutifs du centre médical) et la phase opérationnelle. Les enjeux résident, d’un point de vue global, dans la construction des scénarios opérationnels et, d’un point de vue local, la sélection de trajectoires, cherchant notamment à minimiser les incréments de vitesse (la dépense énergétique) et les temps de transport (sauvegarde des équipages). Quelles recommandations pourrait-on apporter en terme d’optimisation de trajectoire, satisfaisant des critères de dépense énergétique, durée de transport et sécurité ? Quels sont les verrous technologiques à lever pour permettre la réalisation d’une telle station spatiale? Quelles seraient les performances à viser pour les sous-systèmes critiques impliqués? Les résultats d’une telle étude permettraient d’ouvrir des perspectives de recherche et développement dans le domaine des vols habités, notamment dans le domaine du transport mais également dans l’optique d’une occupation de longue durée. / In the context of future human space exploration missions in the solar system (with an horizon of 2025) and according to the roadmap proposed by ISECG (International Space Exploration Coordination Group) [1], a new step could be to maintain as an outpost, at one of the libration points of the Earth-Moon system, a space station. This would ease access to far destinations as Moon, Mars and asteroids and would allow to test some innovative technologies, before employing them for far distant human missions. One of the main challenges will be to maintain permanently, and ensure on board crew health thanks to an autonomous space medical center docked to the proposed space station, as a Space haven. Then the main problem to solve is to manage the station servitude, during deployment (modules integration) and operational phase. Challenges lie, on a global point of view, in the design of the operational scenarios and, on a local point of view, in trajectories selection, so as to minimize velocity increments (energy consumption) and transportation duration (crew safety). Which recommendations could be found out as far as trajectories optimization is concerned, that would fulfill energy consumption, transportation duration and safety criterion? What would technological hurdles be to rise for the building of such Space haven? What would be performances to aim at for critical sub-systems? Expected results of this study could point out research and development perspectives for human spaceflight missions and above all, in transportation field for long lasting missions.Thus, the thesis project, presented here, aims at from global system life-cycle decomposition, to identify by phase operational scenario and optimize resupply vehicle mission. The main steps of this project consist in:- Bibliographical survey, that covers all involved disciplines like mission analysis (Astrodynamics, Orbital mechanics, Orthography, N-Body Problem, Rendezvous…), Applied Mathematics, Optimization, Systems Engineering….- Entire system life-cycle analysis, so as to establish the entire set of scenarios for deployment and operations (nominal cases, degraded cases, contingencies…) and for all trajectories legs (Low Earth Orbit, Transfer, Rendezvous, re-entry…)- Trade-off analysis for Space Station architecture- Modeling of the mission legs trajectories- Trajectories optimizationThree main scenarios have been selected from the results of the preliminary design of the Space Station, named THOR: the Space Station deployment, the resupply cargo missions and the crew transportation. The deep analysis of those three main steps sorted out the criticality of the rendezvous strategies in the vicinity of Lagrangian points. A special effort has been set on those approach maneuvers. The optimization of those rendezvous trajectories led to consolidate performances (in term of energy and duration) of the global transfer from the Earth to the Lagrangian point neighborhood and return. Finally, recommendations have been deduced that support the Lagrangian points importance for next steps of Human Spaceflight exploration of the Solar system.

Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-03-14T15:05:16Z No. of bitstreams: 1 tese_lncc_LEANDRO_TAVARES.pdf: 29698763 bytes, checksum: 86bf9653aed054e6fdf52b75fb82a03d (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-03-14T15:06:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tese_lncc_LEANDRO_TAVARES.pdf: 29698763 bytes, checksum: 86bf9653aed054e6fdf52b75fb82a03d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-14T15:06:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_lncc_LEANDRO_TAVARES.pdf: 29698763 bytes, checksum: 86bf9653aed054e6fdf52b75fb82a03d (MD5) Previous issue date: 2016-09-19 / The Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is a Lagrangian and meshless method for discretization of fluid equations. It has been used to fluid simulation in many areas of engineering and applied sciences. This method discretizes the Navier-Stokes equations using a particle system and interpolation theory. In this context, we developed a variational integrator to SPH, using the generalized midpoint rule and fixed point method. Then, we elaborate a implementation of SPH to simulate a quasi-incompressible fluid under influence of disks that rotates with constant angular velocity (N-roll mill setup). The obtained flow patterns are analyzed using Morse and Catastrophe theories. Finally, the two aforementioned works show us the necessity of techniques for comparing fluid simulations. Hence, we developed a framework to generate a visual summary of a computation fluid simulations by adapting techniques of video summary areas. As contribution of this thesis we highlight that the variational integrator has the property of linear momentum conservation being easier to implement than counterpart ones. Also, we emphasize the methodology to analyze the critical points generated by the original implementation of N-roll mill setup using SPH. Besides, the pioneer adaptation of techniques in video summarization, for computation fluid dynamics, allows to capture a detailed picture of important segments of the fluid for both comparison and analysis of the flows. / O método lagrangiano Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) não utiliza malha subjacente para discretização de equações de fluidos e vêm sendo usado para simulações em diversas áreas do conhecimento. Esse método discretiza as equações de Navier-Stokes usando um sistema de partículas e a teoria de interpolação. Neste contexto, desenvolvemos um integrador variacional para o SPH, utilizando a regra do ponto médio generalizada e o método do ponto fixo. Em seguida, elaboramos uma implementação do SPH para simular um fluido quase-incompressível sob a influência de discos que giram com velocidades angulares constantes (\textit{N-roll mill}), denominado nessa tese de problema de N-rolos, e desenvolvemos uma metodologia para analisar os padrões de fluxos gerados. Para esta análise utilizamos a teoria de Morse e a teoria de Catástrofes de René Thom. Finalmente, os dois trabalhos citados nos mostram a necessidade e carência de técnicas para comparação e análise de fluidos. Logo, desenvolvemos um arcabouço para produção de sumários da simulação, adaptando técnicas da área de sumários de vídeo. Como contribuições da tese destacamos que o integrador variacional desenvolvido apresenta facilidade de implementação em relação a esquemas tradicionais e com conservação de momento linear. Destacamos também a metodologia para análise de pontos críticos gerados pela implementação original do problema de N-rolos usando o SPH, bem como a adaptação pioneira de técnicas de sumarização de vídeo para análise de fluidos.

Um medoto de diferencas finitas para simulacao deescoamentos independente do regime de velocidade considerada ehapresentado. O algoritmo proposto utiliza um esquema implicito defatoracao aproximada em forma delta tipicamente desenvolvido paraescoamentos compressiveis. A habilidade de tratar escoamentos emqualquer numero de Mach e obtida atraves de uma escolha apropriadadas variaveis dependentes, chamadas variaveis primitivas, a saber,pressao, componentes cartesianas de velocidade e temperatura. As equacoes governantes sao escritas em forma de lei de conservacaopara um sistema de coordenadas curvilineas generalizadas esimultaneamente resolvidas por um processo implicito de marcha notempo com linearizacao local por via de matrizes jacobianas. Operadores de diferencas centradas sao empregados para as derivadasespaciais e estabilidade numerica e assegurada pela escolha de ummodelo de dissipacao artificial. O esquema numerico resultante ehsimilar ao algoritmo tradicional de Beam & Warming, com excessao deuma nova matriz jacobiana relacionando variaveis conservadas eprimitivas. O metodo e aplicado a uma grande variedade de testes,incluindo escoamentos internos e externos, e velocidades que variamdo regime incompressivel ao supersonico. Todos os casos analisadosmostram concordancia muito boa com os dados disponiveis daliteratura. A eficiencia computacional do algoritmo proposto etambem avaliada e revela-se tao boa quanto a do de Beam & Warming. Apesar de terem sido considerados apenas escoamentos nao viscosos,ou seja, escoamentos governados pelas equacoes de Euler, nao haqualquer dificuldade conceitual na extensao do presente algoritmopara as equacoes de Navier-Stokes.

Este trabalho tem como objetivo implementar a capacidade de realizar simulações numéricas em configurações complexas e tridimensionais através da abordagem Chimera. Neste contexto não será feita apenas uma discussão da implementação desta abordagem de malhas de multiblocos sobrepostas, mas também demonstrada a avaliação do código através da comparação com os dados experimentais do VLS obtidos através de ensaios em túnel de vento. A avaliação do código através desta comparação numérico-experimental é fundamental pela própria necessidade de se obter confiança nos resultados numéricos apresentados. Inclusive, neste ponto, é de vital importância se distinguir a diferença entre os possíveis erros oriundos do código e aqueles vindos de um modelo matemático mal aplicado.

Esta Tese propõe duas métricas objetivas para avaliar a percepção de qualidade de vídeos sujeitos a degradações de transmissão em uma rede de pacotes. A primeira métrica usa apenas o vídeo degradado, enquanto que a segunda usa os vídeos de referência e degradado. Esta última é uma métrica de referência completa (FR - Full Reference) chamada de QCM (Quadratic Combinational Metric) e a primeira é uma métrica sem referência (NR - No Reference) chamada de VQOM (Viewing Quality Objective Metric). Em particular, o procedimento de projeto é aplicado à degradação de variação de atraso de pacotes (PDV - Packet Delay Variation). A métrica NR é descrita por uma spline cúbica composta por dois polinômios cúbicos que se encontram suavemente num ponto chamado de nó. Para o projeto de ambas métricas, colhem-se opiniões de observadores a respeito das sequências de vídeo degradadas que compõem o conjunto. A função objetiva inclui o erro quadrático total entre as opiniões e suas estimativas paramétricas, ainda consideradas como expressões algébricas. Acrescentam-se à função objetiva três condições de igualdades de derivadas tomadas no nó, cuja posição é especificada dentro de uma grade fina de pontos entre o valor mínimo e o valor máximo do fator de degradação. Essas condições são afetadas por multiplicadores de Lagrange e adicionadas à função objetiva, obtendo-se o lagrangiano, que é minimizado pela determinação dos coeficientes subótimos dos polinômios em função de cada valor do nó na grade. Finalmente escolhe-se o valor do nó que produz o erro quadrático mínimo, determinando assim os valores finais para dos coeficientes do polinômio. Por outro lado, a métrica FR é uma combinação não-linear de duas métricas populares, a PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) e a SSIM (Structural Similarity Index). Um polinômio completo de segundo grau de duas variáveis é usado para realizar a combinação, porque é sensível a ambas métricas constituintes, evitando o sobreajuste em decorrência do baixo grau. Na fase de treinamento, o conjunto de valores dos coeficientes do polinômio é determinado através da minimização do erro quadrático médio para as opiniões sobre a base de dados de treino. Ambas métricas, a VQOM e a QCM, são treinadas e validadas usando uma base de dados, e testadas com outra independente. Os resultados de teste são comparados com métricas NR e FR recentes através de coeficientes de correlação, obtendo-se resultados favoráveis para as métricas propostas. / This dissertation proposes two objective metrics for estimating human perception of quality for video subject to transmission degradation over packet networks. The first metric just uses traffic data while the second one uses both the degraded and the reference video sequences. That is, the latter is a full reference (FR) metric called Quadratic Combinational Metric (QCM) and the former one is a no reference (NR) metric called Viewing Quality Objective Metric (VQOM). In particular, the design procedure is applied to packet delay variation (PDV) impairments, whose compensation or control is very important to maintain quality. The NR metric is described by a cubic spline composed of two cubic polynomials that meet smoothly at a point called a knot. As the first step in the design of either metric, the spectators score a training set of degraded video sequences. The objective function for designing the NR metric includes the total square error between the scores and their parametric estimates, still regarded as algebraic expressions. In addition, the objective function is augmented by the addition of three equality constraints for the derivatives at the knot, whose position is specified within a fine grid of points between the minimum value and the maximum value of the degradation factor. These constraints are affected by Lagrange multipliers and added to the objective function to obtain the Lagrangian, which is minimized by the suboptimal polynomial coefficients determined as a function of each knot in the grid. Finally, the knot value is selected that yields the minimum square error. By means of the selected knot value, the final values of the polynomial coefficients are determined. On the other hand, the FR metric is a nonlinear combination of two popular metrics, namely, the Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) and the Structural Similarity Index (SSIM). A complete second-degree two-variable polynomial is used for the combination since it is sensitive to both constituent metrics while avoiding overfitting. In the training phase, the set of values for the coefficients of this polynomial is determined by minimizing the mean square error to the opinions over the training database. Both metrics, the VQOM and the QCM, are trained and validated using one database and tested with a different one. The test results are compared with recent NR and FR metrics by means of correlation coefficients, obtaining favorable results for the proposed metrics.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:04:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Henery Ferreira Garcao.pdf: 1679065 bytes, checksum: 8e3210947a7d17cb14363973810da116 (MD5) Previous issue date: 2010-08-31 / A modelagem computacional é uma importante ferramenta para estimar a trajetória e destino final de manchas de óleo em diferentes condições ambientais, visto a complexidade dos processos que atuam nesse poluente. O presente trabalho concentrou os esforços no desenvolvimento de um modelo lagrangiano de trajetória de partículas que simule o movimento de manchas de óleo em ambiente marinho. O modelo utilizado é o Modelo Lagrangiano de Partículas com Deslocamento Aleatório (MLPDA), que é baseado na equação de Langevin. Em princípio, o algoritmo da advecção da mancha de óleo devido ao vento é implementado no MLPDA, visto sua importância ao deslocamento das partículas. É considerado que 3% da velocidade do vento a 10 metros de altura permite uma boa representação da deriva de manchas de óleo em ambiente marinho. Os testes para este algoritmo apresentaram resultados satisfatórios. Posteriormente, é implementado um algoritmo que representa o processo físico de espalhamento do óleo, conhecido também por espalhamento mecânico, que é definido como o movimento horizontal devido às forças gravitacionais, viscosas e inerciais. No presente estudo, esse processo é fundamentando nas equações definidas por Lehr et al. (1984), onde os resultados dos testes mostraram que as partículas espalham conforme exposto por esse mesmo autor e são influenciadas até cerca de 100 h de simulação. Ainda neste estudo, é avaliado o módulo de cálculo de área implementado no MLPDA. É advertido que malhas grosseiras podem resultar em áreas superestimadas, sendo aconselhável o uso de malhas mais refinadas para o cálculo dessas áreas. Por fim, três cenários de simulação de um derrame hipotético de óleo na Baía do Espírito Santo, no interior do Porto de Tubarão, são conduzidos para ilustrar uma aplicação do modelo desenvolvido. As simulações expõem que há grandes diferenças entre os resultados obtidos, principalmente entre o cenário que desconsidera o vento e os outros dois com a consideração desta forçante. O primeiro cenário, as partículas tenderam a permanecer na Baía do Espírito Santo, enquanto para os demais cenários as partículas caminharam para os canais do sistema estuarino da Grande Vitória (Canal da Passagem e Canal de Acesso aos Portos). / The computational modeling is an important tool to predict the trajectory and fate of the slick oil in different environmental conditions, since the complexity of processes involving oil spill. Thus, the present study has concentrated efforts on developing of a particle tracking lagrangian model that simulate the oil slick movement in the marine environment. The model used is Lagrangian Particles Random Walk Model (MLPDA), that it is based on the Langevin equation. First, the algorithm of the advection of the oil slick due to wind is implemented in the Random Walk Particle Lagrangian Model (MLPDA), seen its importance to the displacement of particles. It is considered that 3% of the wind velocity at 10 meters height allows a good representation of the drift of the slicks. The tests for this algorithm presented satisfactory results. Posteriorly, is implemented an algorithm that represents the physical process of spreading, also known as mechanic spreading, that is defined as the horizontal movement due to gravitational, viscous and inertial forces. In the present study, this process is based on the equations defined by Lehr et al. (1984), where the results of the tests showed that the particles spread as shown by this author and they are influenced up to 100 hours of simulation. In addition, it is evaluate the module for calculation the area implemented in MLPDA. It is adverted that very coarse grid may result in overrated areas, being advisable to use fine grid for calculation of these areas. Finally, three scenarios of simulation of a hypothetic oil spill at the Espírito Santo Bay, in the Tubarão Port, are conducted to illustrate an application of the model development. The simulations show large differences among the results obtained, mainly among the scenario that neglect the wind and the other two with the consideration of this forcing. The first scenario, the particles tended to remain at the Espírito Santo Bay, while other scenarios the particles walked to the channels of the Great Vitória estuarine system (Passage Channel and Access Channel to Ports).

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Esta Tese propõe duas métricas objetivas para avaliar a percepção de qualidade de vídeos sujeitos a degradações de transmissão em uma rede de pacotes. A primeira métrica usa apenas o vídeo degradado, enquanto que a segunda usa os vídeos de referência e degradado. Esta última é uma métrica de referência completa (FR - Full Reference) chamada de QCM (Quadratic Combinational Metric) e a primeira é uma métrica sem referência (NR - No Reference) chamada de VQOM (Viewing Quality Objective Metric). Em particular, o procedimento de projeto é aplicado à degradação de variação de atraso de pacotes (PDV - Packet Delay Variation). A métrica NR é descrita por uma spline cúbica composta por dois polinômios cúbicos que se encontram suavemente num ponto chamado de nó. Para o projeto de ambas métricas, colhem-se opiniões de observadores a respeito das sequências de vídeo degradadas que compõem o conjunto. A função objetiva inclui o erro quadrático total entre as opiniões e suas estimativas paramétricas, ainda consideradas como expressões algébricas. Acrescentam-se à função objetiva três condições de igualdades de derivadas tomadas no nó, cuja posição é especificada dentro de uma grade fina de pontos entre o valor mínimo e o valor máximo do fator de degradação. Essas condições são afetadas por multiplicadores de Lagrange e adicionadas à função objetiva, obtendo-se o lagrangiano, que é minimizado pela determinação dos coeficientes subótimos dos polinômios em função de cada valor do nó na grade. Finalmente escolhe-se o valor do nó que produz o erro quadrático mínimo, determinando assim os valores finais para dos coeficientes do polinômio. Por outro lado, a métrica FR é uma combinação não-linear de duas métricas populares, a PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) e a SSIM (Structural Similarity Index). Um polinômio completo de segundo grau de duas variáveis é usado para realizar a combinação, porque é sensível a ambas métricas constituintes, evitando o sobreajuste em decorrência do baixo grau. Na fase de treinamento, o conjunto de valores dos coeficientes do polinômio é determinado através da minimização do erro quadrático médio para as opiniões sobre a base de dados de treino. Ambas métricas, a VQOM e a QCM, são treinadas e validadas usando uma base de dados, e testadas com outra independente. Os resultados de teste são comparados com métricas NR e FR recentes através de coeficientes de correlação, obtendo-se resultados favoráveis para as métricas propostas. / This dissertation proposes two objective metrics for estimating human perception of quality for video subject to transmission degradation over packet networks. The first metric just uses traffic data while the second one uses both the degraded and the reference video sequences. That is, the latter is a full reference (FR) metric called Quadratic Combinational Metric (QCM) and the former one is a no reference (NR) metric called Viewing Quality Objective Metric (VQOM). In particular, the design procedure is applied to packet delay variation (PDV) impairments, whose compensation or control is very important to maintain quality. The NR metric is described by a cubic spline composed of two cubic polynomials that meet smoothly at a point called a knot. As the first step in the design of either metric, the spectators score a training set of degraded video sequences. The objective function for designing the NR metric includes the total square error between the scores and their parametric estimates, still regarded as algebraic expressions. In addition, the objective function is augmented by the addition of three equality constraints for the derivatives at the knot, whose position is specified within a fine grid of points between the minimum value and the maximum value of the degradation factor. These constraints are affected by Lagrange multipliers and added to the objective function to obtain the Lagrangian, which is minimized by the suboptimal polynomial coefficients determined as a function of each knot in the grid. Finally, the knot value is selected that yields the minimum square error. By means of the selected knot value, the final values of the polynomial coefficients are determined. On the other hand, the FR metric is a nonlinear combination of two popular metrics, namely, the Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) and the Structural Similarity Index (SSIM). A complete second-degree two-variable polynomial is used for the combination since it is sensitive to both constituent metrics while avoiding overfitting. In the training phase, the set of values for the coefficients of this polynomial is determined by minimizing the mean square error to the opinions over the training database. Both metrics, the VQOM and the QCM, are trained and validated using one database and tested with a different one. The test results are compared with recent NR and FR metrics by means of correlation coefficients, obtaining favorable results for the proposed metrics.