Uma ferramenta chamada XPERIMENT, baseada em algoritmos de otimização, foi desenvolvida no ITA durante a última década para projetar sistemas de controle assistido por computador. No entanto, em problemas de otimização que demandam um alto esforço computacional, métodos padrões de otimização (entre eles estão os métodos utilizados no XPERIMENT) muitas vezes não produzem resultados em um tempo/custo aceitável. Uma metodologia para resolver este tipo de problema foi desenvolvida nesta tese. A solução é obtida através do uso de aproximações da função real, cujo cálculo (e otimização) exige um esforço computacional menor. Tais aproximações são chamadas funções ``surrogate''. Exemplos de funções que podem ser utilizadas como funções surrogate são redes neurais e interpoladores polinomiais. O uso de funções surrogate resulta na redução do tempo computacional necessário para determinar uma solução para o problema original (não o aproximado). Resultados numéricos mostram este fato. Para aumentar a capacidade do XPERIMENT de executar projeto de sistemas de controle assistido por computador, funções surrogate foram incorporadas ao XPERIMENT.Esta tese também descreve um algoritmo de determinação de modelos difusos tipo Takagi-Sugeno-Kang. Este método, baseado em pares de dados entrada-saída do sistema, determina as funções de pertinência e o conjunto de regras difusas. Um sistema não-linear instável em malha aberta é usado para ilustrar o algoritmo. Os resultados obtidos mostram a capacidade do algoritmo em identificar um modelo difuso e também mostram que o método pode ser utilizado em outras aplicações. Contudo, o desempenho do sistema difuso inicialmente determinado pode ser melhorado. Isso pode ser feito otimizando os parâmetros que definem o modelo difuso através do XPERIMENT. Outra possibilidade a ser investigada em trabalhos futuros é utilizar o modelo difuso determinado através de pares de dados entrada-saída como uma função surrogate.

This work presents the open-loop stability analysis and an active control strategy for an airbreathing hypersonic vehicle. The 14-XB, a bidimensional flow airframe derived from the Brazilian 14-X Aerospace Hypersonic Vehicle, is adopted as study platform. In order to perform such analyses, a simulation mathematical model of the airframe longitudinal forces and moments is obtained using perfect gas equations, after considering the relevance of the real gas hypotheses for the expected Mach number range and verifying that the simpler formulation is sufficient. An all-moving horizontal tail is designed in order to enable the aircraft trimming. The horizontal tail design considered simple constraints based on static analysis, and the same gas equations as those used for the airframe study. In order to analyze the aircraft';s dynamic behavior, a Six-Degree-of-Freedom set of equations of motion considering a spherical, rotating Earth is presented in detail, and the necessary conditions to have adequate longitudinal trimming in this scenario are discussed. The open-loop stability of the 14-XB with the designed horizontal tail is assessed through eigenvalue analysis and numerical flight simulations with the horizontal tail fixed at a trim position. Having observed that the aircraft presents unstable long-term natural modes, an active control strategy is suggested in order to stabilize the vehicle and track a desired flight path angle, assuming that thrust is constant and the control surface is an all-moving horizontal tail. The suggested control structure presents pitch stability augmentation system and flight path angle compensator. Optimal gains are calculated using linear quadratic design, along with a gain-scheduling strategy based on simultaneous control design, and the resulting controller presents proper results.

Large Eddy Simulations (LES) are performed to study flows with adverse pressure gradients (APG) produced by different two-dimensional bumps profiles installed on the bottom wall of a flat channel with parallel plates. An initial study considers a bump profile for which previous direct numerical simulation (DNS) results are available at the Reynolds number Re? = 617, based on the channel inlet friction velocity. The results obtained showed that LES is an adequate methodology for that type of simulation, being capable of reproducing accurately DNS results in terms of mean flow variables, Reynolds stresses profiles and turbulent stresses balances, with refinement levels much coarser than those from DNS. Particularly, LES results reproduce the steep increase in wall friction coefficients and strong peaks in Reynolds stresses in the adverse pressure gradient regions of both bottom and top walls of the channel which are observed in DNS results and linked to instability modes of the near wall streaks. LES is used to study the same bump profile at higher Reynolds numbers, Re? = 950 and Re? = 2000, and the results obtained are very similar to those at Re? = 617, including the steep increase in wall friction coefficients and strong peaks in Reynolds stresses at the APG region for both attached and mildly separated flows. Additional bump profiles are generated by modifying the rear portion of the initial bump configuration, which is elongated in order to produce a longer adverse pressure gradient (APG) region and promote smoother curvature changes as compared to the original profile. As in previous cases, a steep increment in Reynolds stresses values is observed at the APG region along with an augmentation of skin friction values. LES results indicate that the near wall streaks instability observed in previous DNS is characteristic of adverse pressure gradient regions located downstream of an initial favorable pressure gradient (FPG). All configurations studied with LES are also analyzed by Reynolds-average Navier-Stokes(RANS) computations with various turbulence closures. In all cases analyzed with LES it is observed that in the initial FPG region the streamwise component of the Reynolds stresses is increased while the other turbulent stresses are strongly reduced which creates a pattern analogous to the pre-transitional stages of a laminar boundary layer, which becomes unstable in the APG region. This strong non-equilibrium conditions present a great challenge for RANS models which is approximately captured by models sensitized for laminar-turbulent transition prediction.

Este trabalho trata da modelagem e controle do radiotelescópio de Itapetinga (Atibaia, SP). Ele compreende não só síntese dos modelos e sintonia dos controladores, mas também identificação de sistemas, validação experimental de modelo e controle, reespecificação de componentes, sugestão de nova arquitetura de automação e controle e direcionamento do desenvolvimento que deve ser feito em futuros trabalhos. A parte inicial desta dissertação trata dos principais conceitos envolvidos e do levantamento de informações preliminares para a compreensão do sistema a ser modelado. A seguir é feita a modelagem matemática dos diversos componentes que formam os sistemas de posicionamento dos eixos de elevação e azimute. São então identificados experimentalmente os coeficientes matemáticos dos modelos e são feitas suas validações experimentais. Os controladores PID são sintonizados, baseados na simulação das malhas de controle através das ferramentas matemáticas MATLAB e Simulink. A validação experimental dos controladores é feita e comparada ao sistema de controle atual. São feitos os encaminhamentos das definições de novos motores e amplificadores e desenvolvida uma nova proposta de arquitetura para controle e supervisão do radiotelescópio, dando a ele funcionalidades muito além das que existem atualmente. Finalmente é dado o direcionamento dos próximos passos de desenvolvimento dos modelos, controladores e arquitetura de controle. Com este trabalho procura-se aumentar significativamente o entendimento do sistema de posicionamento do radiotelescópio, criando novos horizontes para o controle, operação, supervisão e manutenção do mesmo. / This work covers the modeling and control of the radio telescope of Itapetinga (Atibaia, SP). It tackles not only model synthesis and controllers tuning, but also system identification, experimental validation of model and control, re-specification of components, as well as a suggestion of a new automation and control architecture, and suggestions for future works. The initial part of this dissertation covers the main concepts and preliminary information for the understanding of the system to be modeled. Then a math model of the several components that form the pointing systems of the elevation and azimuth axis is done, followed by the experimental identification and validation of the math coefficients for the model. PID controllers are tuned based on the simulation of control loops using the math tools MATLAB and Simulink. Then the experimental validation of the controllers is done and compared to the current system control. Preliminary definitions of new motors and amplifiers are suggested, and a new proposal of architecture for radio telescope\'s control and supervision is developed, expanding its functionalities far beyond the ones available today. Finally, directions for the next steps to be taken in order to develop models, controllers and control architecture are given. This work aims to greatly increase the understanding of the radio telescope\'s pointing system, creating new horizons for its control, operation, supervision and maintenance.

A modelagem matemática do escoamento em duas dimensões é uma ferramenta importante para a pesquisa hidráulica e o desenvolvimento de projetos. Nesta dissertação é apresentado um estudo da hidrodinâmica bidimensional através de modelos matemáticos, sendo inicialmente introduzidas as equações básicas da mecânica dos fluídos que regem o movimento em duas direções. Em seguida são discutidas alguns modelos apresentados pela bibliografia, de onde podem ser obtidas valiosas informações sobre a técnica de modelação. Após a apresentação do método das diferenças finitas, um modelo matemático implícito é proposto para a aplicação em estudos bidimensionais onde é necessário o cálculo detalhado do campo de velocidades, evitando-se as restrições devido a estabilidade e acuracidade do método de diferenças. Como conclusão, são apresentados alguns exemplos de aplicação e comparações dos resultados com outros modelos. / Numerical modelling of two-dimensional flow is very important as a tool for hydraulic research and design. This work starts with a review of basic fluid mechanics equations of the wave motion in two-directions. Then some aspects of models proposed by several authors are discussed. The Finite Diference method is presented and na implicit model is proposed for aplication in detailed studies. The stability and acuraccy are investigated to recognize the range of model aplication. Some practical examples and comparisons are shown to test model capabilities.

El presente trabajo de Tesis muestra tres metodologías distintas para obtener la composición más eficiente de un portafolio de acciones a través de la optimización matemática, a partir de la media, varianza y asimetría, de algunas acciones seleccionadas del Índice Selectivo de la Bolsa de Valores de Lima, dichas metodologías parten de la ampliación de la Teoría de Portafolios Eficientes de Markowitz. Las acciones fueron seleccionadas teniendo en consideración la antigüedad de su cotización en la Bolsa de Valores de Lima, puesto que se trabaja con precios de acciones semanales, aquellas que recientemente cotizan en bolsa no tienen información suficiente para obtener matrices de varianza/covarianza y asimetría/coasimetría, adecuadamente definidas. La primera metodología de solución genera portafolios que se encuentran en la Superficie Eficiente, es decir portafolios que no pueden mejorar en alguna de las variables (media, varianza o asimetría) sin desmejorar en otra, la selección de cualquiera de ellos dependerá de las características del inversionista, como el nivel de aversión al riesgo, entre otros. La segunda metodología es la optimización Lexicográfica, basada en la optimización sucesiva de la media, varianza y asimetría, teniendo siempre como restricciones los parámetros obtenidos en la optimización anterior. Dado que el orden de las optimizaciones influye en la solución final, se aplicó la metodología bajo todas las combinaciones posibles. Los portafolios que se obtuvieron fueron soluciones de esquina, y en la mayoría de los casos no hubo cambio desde la primera optimización. La tercera metodología es la optimización por Niveles Objetivo, donde se plantean objetivos deseables de media, varianza y asimetría, que en nuestro caso fueron los obtenidos de los portafolios del Índice General de la Bolsa de Valores de Lima y del Índice Selectivo de la Bolsa de Valores de Lima. El portafolio solución superó en todos los casos los índices objetivo. / Tesis

En esta tesis se presenta el concepto y la implementación computacional de un modelo para resolver el problema de asignación de flujo de pasajeros de equilibrio en una red de transporte colectivo urbano con congestión. En esta aplicación se toma en consideración el segundo principio de Wardrop, u óptimo del usuario y se utiliza un modelo de equilibrio estático con demanda fija. Se presentan los antecedentes y la naturaleza del problema de elección de ruta para los usuarios del sistema de transporte público, indicando las principales hipótesis sobre el comportamiento de estos al momento de escoger la ruta. Asimismo, se muestra la formulación matemática del problema de asignación de flujo de pasajeros en una red de transporte colectivo con congestión. Se presenta ademas la descripción de la representación del sistema de transporte colectivo como una red, la determinación de las rutas de los pasajeros, y la asignación de flujo de pasajeros en las rutas escogidas por los pasajeros. El flujo de equilibrio puede ser encontrado resolviendo un problema de minimización con una función objetivo no lineal y un conjunto de restricciones lineales. Se utiliza una adaptación del algoritmo de Frank-Wolfe, el cual resulta eficiente para resolver problemas estocásticos de transporte. La implementación en DELPHI se presenta detallado las principales subrutinas . Se presenta una aplicación practica del modelo planteado. / Tesis

En muchas aplicaciones de búsqueda de información se necesita una estructura eficiente que pueda almacenar y leer datos concurrentemente bajo el supuesto de que la distribución del acceso a dichos datos no es uniforme. Ejemplos son las memorias caché para aplicaciones Web o las mismas bases de datos. Existen soluciones para esto y cada una con un rendimiento diferente bajo ciertos entornos. Sin embargo, estas soluciones suelen estar basadas en un mismo tipo de árboles de búsqueda, los autobalanceados, por lo que tienen ciertas limitaciones en términos de concurrencia. En el presente trabajo se desarrollará una nueva estructura concurrente y escalable, la cual se basará en el árbol no autobalanceado de Van Emde Boas [1], y se realizarán experimentos para determinar su rendimiento en comparación con el de otras estructuras comúnmente usadas. Finalmente, se determinar´a bajo qué circunstancias es útil. Esta estructura la llamaremos UHTree (Unicursal Hexagram Tree). / Tesis

La presente tesis comprenderá el plantear las estrategias necesarias para controlar la dilución del mineral aplicando criterios geomecánicos en el método de minado de Tajeo por subniveles, estas se aplicarán a un caso de estudio con el fin de reducir el porcentaje de dilución secundaria. Un tema muy arraigado en la industria minera es que al mecanizar una operación minera y/o incrementar la producción resulta en costos menores y en mayores utilidades, esto es cierto en la medida de que la dilución se mantiene constante o en niveles aceptables. Este trabajo de tesis se inicia revisando la bibliografía específica existente sobre la dilución y los parámetros que influyen en ella, para tomar énfasis en los parámetros geomecánicos influyentes y desarrollar estos parámetros en la tesis. Con esto se formulan las estrategias a aplicar para controlar y reducir la dilución secundaria (dilución no planeada), del mineral. Posteriormente se procedió a levantar la información necesaria (mapeos y logueos geomecánicos), para la Caracterización y Clasificación Geomecanica, adicionalmente se contaba con información de ensayos de laboratorio lo que permitió definir las propiedades índices de la roca intacta, para luego con los mapeos y logueos geomecánicos correspondientes a la zona de estudio de la veta, poder definir las propiedades índices del macizo rocoso. Con esta información se procedió a usar herramientas de diseño empírico como son el Método Gráfico de Mathews para la estabilidad de tajeos (N extendido), el Equivalente Lineal de Sobrerotura (ELOS) de Clark & Pakalnis y la última versión ELOS de Capes para la estimación de la dilución, el Método de Carter para dimensionar los pilares puentes, y el método de Barton para el diseño del sostenimiento en las labores. Adicionalmente se utilizó métodos numéricos, a través del programa Phase2 de Rocscience, que utiliza el método de elementos finitos para calcular las deformaciones y esfuerzos con el fin de evaluar las condiciones de Estabilidad de los tajeos diseñados con los métodos empíricos mencionados previamente. Finalmente se plantean las conclusiones y recomendaciones que se lograron a través de la realización de la tesis. / Tesis

En el presente trabajo, se estudian los efectos de diferentes fenómenos físicos sobre las frecuencias naturales de un agitador 4PBT45 (modificado en estudios preliminares para obtener un bajo consumo de potencia y alto grado de mezcla) utilizando la herramienta de simulación computacional ANSYS Mechanical, a partir de escenarios simplificados en diferentes condiciones de operación. El proyecto comienza con el análisis de los álabes aislados, para luego estudiar el comportamiento del impulsor por separado y verificar qué sucede con los modos de vibración. Se realiza la simplificación del impulsor a un rotor axisimétrico, con la misma masa y momento de inercia polar, para comparar los efectos en contraste con el agitador original, a través de escenarios estáticos y dinámicos en vacío de cada uno de los modelos. Además, se realiza el modelamiento numérico del agitador estático sumergido y se prueban diferentes propiedades de fluidos. Prácticamente, las variables que se monitorean son: cómo gobiernan las frecuencias locales de los álabes sobre el impulsor, en base al factor de participación de masa; cuáles modos de vibración se ven afectados por la rotación en vacío y cuánto varían las frecuencias debido a dicho fenómeno y por qué; cuán factible es reemplazar el impulsor por un disco y en qué casos da buenos resultados; y cuánto repercute el efecto del fluido envolvente sobre las frecuencias naturales en el sistema estático y cómo se comportan para diferentes tipos de fluidos. En general, se determina que las frecuencias naturales varían en diferentes cantidades dependiendo del fenómeno estudiado. Algunas frecuencias tienden a disminuir o a aumentar en diferentes grados conforme se incrementan las revoluciones, mientras que otras se mantienen constantes. También, se determina que casi todas las frecuencias disminuyen entre 0.5% y 20% por el efecto del fluido dependiendo principalmente de la densidad del mismo y del modo de vibrar. Por otro lado, se encuentra una expresión analítica que permite calcular la frecuencia natural bajo el efecto de un fluido B, conociendo la frecuencia dentro de un fluido A, a partir de la relación de sus densidades, bajo ciertas hipótesis y condiciones. Además, se consigue una variación entre 1% y 6% entre las frecuencias obtenidas mediante simulación numérica y las calculadas analíticamente, reduciendo el sistema a un grado de libertad, para los modos más importantes. Por último, se conocen los alcances de la herramienta computacional en este tipo de simulaciones y sus limitaciones para desarrollar escenarios más complejos. / Tesis