Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Several studies have investigated the properties of the workspace of opened robotic chains (or serial) with the purpose of emphasizing its geometric and kinematic characteristics, to devise analytical algorithms and procedures for its design. The workspace of a robot manipulator is considered of great interest from theoretical and practical viewpoint. In classical applications in industry, manipulators need to pass through singularities in the joint space to change their posture. A 3-DOF manipulator can execute a non-singular change of posture if and only if there is at least one point in its workspace which has exactly three coincident solutions of the Inverse Kinematic Model (IKM). It is very difficult to express this condition directly from the kinematic model. Thus, in this work, the algebraic tool Gröbner basis is used to obtain an equation for splitting the regions with different types of 3R orthogonal manipulators. The determinant of Jacobian matrix of the direct kinematic model is considered equal to zero to obtain the other surfaces of separation. In addition, is presented a classification of 3R orthogonal manipulators related to the number of solutions in IKM, the number of cusp points and nodes. Some problems of multi-objective optimization are proposed to obtain the optimal design of robots. First considering a general case where the aim is to maximize the volume of the workspace, maximize the stiffness of the joint system and optimize the dexterity of the manipulator without the imposition of restrictions. Next, the optimization problem is subject to penalties that control the topology, making it possible to obtain solutions which satisfy the predetermined topologies. Solutions are presented for the case r3 null and r3 not null. The optimization problem is investigated by using a deterministic technique and two evolutionary algorithms. Some numerical applications are presented to show the efficiency of the proposed methodology. / Diversos estudos têm investigado as propriedades do espaço de trabalho de cadeias robóticas abertas com o objetivo de enfatizar suas características geométricas e cinemáticas, criar algoritmos analíticos e procedimentos para o seu projeto. O espaço de trabalho de um robô manipulador é considerado de grande interesse do ponto de vista teórico e prático. Em aplicações clássicas na indústria, manipuladores precisam passar por singularidades no espaço das juntas para mudar sua postura. Um manipulador com três graus de liberdade pode executar uma mudança de postura não singular se, e somente se, existe pelo menos um ponto em seu espaço de trabalho que tem exatamente três soluções coincidentes do Modelo Geométrico Inverso (MGI). É muito difícil expressar esta condição a partir do modelo cinemático. Assim, neste trabalho, a ferramenta algébrica base de Groebner é utilizada para obter uma das equações que separam as regiões que possuem diferentes tipos de manipuladores 3R ortogonais. O determinante da matriz Jacobiana do Modelo Geométrico Direto é considerado nulo para obter as demais superfícies de separação. Além disso, apresenta-se uma classificação dos manipuladores 3R ortogonais em relação ao número de soluções no MGI, o número de pontos de cúspides e o número de nós. Alguns problemas de otimização multi-objetivo são propostos visando obter o projeto ótimo de robôs. Primeiramente, considera-se o caso geral, cujo objetivo é maximizar o volume do espaço de trabalho, maximizar a rigidez do sistema de juntas e otimizar a destreza do manipulador sem a imposição de restrições. Em seguida, o problema de otimização é sujeito a penalidades que controlam a topologia, tornando possível a obtenção de soluções que obedeçam as topologias pré-estabelecidas. São apresentadas as soluções para o caso r3 nulo e para r3 não nulo. O problema de otimização é investigado aplicando uma técnica determinística e dois algoritmos evolutivos. Algumas aplicações numéricas são apresentadas para mostrar a eficiência da metodologia proposta. / Doutor em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / In the last few decades, the application of optimization in engineering problems has grown considerably. There are various optimization methods and the performance of each one depends on the type of problem considered. The natural methods, which are based on probabilistic rules, have been widely studied. The purpose of this work is to present a detailed study of the natural optimization method called Differential Evolution and its strategies. A theoretical formulation is presented. In this work, a revision of Genetic Algorithms and Simulated Annealing is made. These techniques are employed to compare their results to those obtained with Differential Evolution. Classic mathematical functions and some problems of engineering are used in order to verify the efficiency of the studied technique. The Differential Evolution is applied with effectiveness in multi-objective optimization problems with and without the presence of constraints including two complex robotic problems. / Nas últimas décadas, a aplicação de otimização em problemas de engenharia tem crescido consideravelmente. Existem muitos métodos de otimização e o desempenho de cada um deles depende do tipo de problema considerado. Os métodos naturais, que se baseiam em regras probabilísticas, têm sido amplamente estudados. O objetivo deste trabalho é apresentar um estudo detalhado do método de otimização natural denominado Evolução Diferencial e suas estratégias, apresentando sua fundamentação teórica. Neste trabalho é realizada uma revisão de Algoritmos Genéticos e Recozimento Simulado. Estas técnicas são utilizadas para comparar os resultados por elas obtidos com os calculados aplicando Evolução Diferencial. Para verificar a eficiência do método estudado, são utilizados funções matemáticas clássicas e alguns problemas de engenharia. A Evolução Diferencial é aplicada com eficiência em problemas de otimização multi-objetivo, na presença ou não de restrições, incluindo dois problemas complexos em robótica. / Mestre em Engenharia Mecânica

O presente trabalho otimizou os parâmetros concentrados do sistema de suspensão de um modelo de veículo completo, representando um automóvel de passeio que trafega a uma velocidade constante por um determinado perfil de pista previsto na norma ISO 8608, 1995, através da utilização de um algoritmo meta-heurístico de otimização multiobjetivo. Duas rotinas numérico-computacionais foram desenvolvidas, visando realizar tal otimização tanto no domínio do tempo quanto no domínio da frequência. A utilização de algoritmos meta-heurísticos vem ganhando espaço na otimização de sistemas mecânicos, proporcionando rapidez e precisão na obtenção de resultados ótimos. Ao se combinar um algoritmo de otimização a um modelo que represente satisfatoriamente um sistema mecânico, obtém-se uma ferramenta indicadora dos parâmetros de máxima eficiência do sistema, que pode ser utilizada em inúmeras aplicações. Pretendeu-se, com a integração de rotinas de análise dinâmica nos domínios do tempo e da frequência ao algoritmo genético de otimização multiobjetivo NSGA-II, desenvolvido por Deb et al., 2002, a obtenção de duas fronteiras ótimas de Pareto. Estas fronteiras consistem no conjunto de soluções não dominadas que minimizam as seguintes funções objetivo: o valor RMS ponderado da aceleração vertical do assento do motorista, o valor RMS da média do fator de amplificação dinâmica das quatro rodas do modelo e o máximo deslocamento relativo entre cada roda e a carroceria. O método proposto por Shinozuka e Jan, 1972, é utilizado para a obtenção do perfil de irregularidades da pista no domínio do tempo a partir das equações de densidade espectral de potência (PSD) que representam as diferentes classes de pavimentos. O método de Newmark, 1959, é utilizado para resolver a equação diferencial de movimento no domínio do tempo e obter a resposta dinâmica do modelo a tais irregularidades. O comportamento dinâmico do modelo de veículo no domínio da frequência foi obtido através da utilização da função de resposta em frequência (FRF) do modelo de veículo analisado. Os resultados demonstraram a capacidade de ambas as rotinas de análise dinâmica desenvolvidas de produzir resultados consistentes com os encontrados na literatura, bem como a capacidade dos algoritmos de otimização implementados de fornecer fronteiras ótimas de Pareto para os problemas propostos. / The proposed work optimized the concentrated parameters of a full-vehicle model’s suspension system, being that model representative of a passenger car which travels at a constant speed on a certain road profile provided by the ISO 8608, 1995, standard, using a multi-objective meta-heuristic optimization algorithm. Two numerical-computational routines were developed, seeking to perform said optimization for both the time and frequency domains. The use of meta-heuristic algorithms has been increasing in mechanical systems optimization, providing speed and accuracy in obtaining an optimal result. Combining an optimization algorithm with a model that satisfactorily represents a mechanical system yields a tool that indicates the system’s maximum efficiency parameters, which can be used in numerous applications. It was intended, with the integration of the dynamic analysis routines to the multi-objective genetic optimization algorithm NSGA-II, developed by Deb et al., 2002, the obtainment of two Pareto-optimal fronts. These fronts consist in the set of non-dominated solutions that minimize the following objective functions: the weighted RMS value of the driver’s seat vertical acceleration, the mean RMS value of the model wheel’s dynamic amplification factor, and the maximum relative displacement between each wheel and the body of the vehicle model. The method proposed by Shinozuka and Jan, 1972, is used to obtain the road irregularity profile in the time domain from the power spectral density (PSD) equations that represent the different pavement classes. The Newmark’s method (1959) is used to solve the differential motion equation in the time domain, in order to obtain the vehicle model’s responses to these irregularities. The dynamic behavior of the vehicle model in the frequency domain was obtained through the use of the frequency response function (FRF) of the analyzed model. The results showed the capacity of both the dynamic analysis routines developed in generating results that are consistent with those found in literature, as well as the capacity of the optimization algorithms implemented in providing Pareto optimal fronts to the proposed problems.

The problem of designing control systems for entire plants is studied. A review of previous works, available techniques and current research challenges is presented, followed by the description of some theoretical tools to improve plantwide control, including the proposal of an augmented lexicographic multi-objective optimization procedure. With these, an augmented hierarchical plantwide control design technique and an optimal multi-objective technique for integrated control structure selection and controller tuning are proposed. The main contributions of these proposed techniques are the inclusion of system identification and optimal control tuning as part of the plantwide design procedure for improved results, support to multi-objective control specifications and support to any type of plant and controllers. Finally, the proposed techniques are applied to industrial benchmarks to demonstrate and validate its applicability. / O problema de projetar sistemas de controle para plantas inteiras é estudado. Uma revisão de trabalhos anteriores, técnicas disponíveis e atuais desafios de pesquisa é apresentada, seguida da descrição de algumas ferramentas teóricas para melhorar o controle plantwide, incluindo a proposta de um procedimento de otimização multi-objetivo lexicográfico aumentado. Com tais elementos, são propostas uma nova técnica hierárquica aumentada de projeto de sistemas de controle plantwide e uma técnica multi-objetivo para seleção de estrutura de controlador integrada à sintonia ótima do controlador. As principais contribuições das técnicas propostas são a inclusão de identificação de sistemas e sintonia ótima de controladores como parte do procedimento de projeto de controle plantwide para melhores resultados, suporte a especificações multi-objetivo e suporte a quaisquer tipos de plantas e controladores. Finalmente, as técnicas propostas são aplicadas a benchmarks industriais para demonstrar e validar sua aplicabilidade.

Esta tese estudou a aplicação de algoritmos evolucionários na análise multiobjetivo para gestão integrada de sistemas de recursos hídricos, bem como a sua integração à sistemas de suporte a decisão como o SSD AcquaNet e ModSim DSS. Dois algoritmos evolucionários multi-objetivo são desenvolvidos: MoDE-NS e MoPSO-NS e comparados ao NSGA-II. Os algoritmos foram desenvolvidos em forma de Sistema de Otimização que possibilita a análise de problemas multi-objetivo de forma generalizada com foco em sistemas de recursos hídricos. A possibilidade de integração com o SSD AcquaNet e o ModSim DSS via importação de rede de fluxo e a otimização conjunta, são apresentadas e exploradas. Uma ferramenta de visualização gráfica do conjunto de soluções não dominadas é incluída no Sistema de Otimização. Os algoritmos desenvolvidos foram aplicados a problemas de teste padrão para validação através da comparação de seus resultados ao NSGA-II. As possibilidades de aplicação do sistema de otimização e dos algoritmos evolucionários multi-objetivo foram exploradas inicialmente através de análise multi-objetivo do modelo chuva-vazão Smap com dois e cinco objetivos. Em seguida, a análise foi estendida a um sistema de recursos hídricos complexo, o Sistema Cantareira, responsável pelo abastecimento de aproximadamente metade da RMSP, que corresponde à aproximadamente 33 m³/s. A análise foi realizada comparando dois pares de funções objetivos envolvendo custos de energia elétrica, minimização de déficit no atendimento às demandas e minimização do desvio da qualidade da água em relação à Classe de enquadramento no rio Atibaia, a jusante do reservatório Atibainha e Cachoeira. Os resultados apontam que os algoritmos evolucionários multi-objetivo são aptos para aplicação na análise integrada de sistemas de recursos hídricos e representam uma boa alternativa aos métodos denominados clássicos, pelas suas características peculiares discutidas no trabalho. Algumas recomendações quanto ao uso dos algoritmos abordados para análise de problemas multi-objetivo foram apresentados. / This Thesis presents an application of evolutionary algorithms in multi-objective analysis for integrated management of water resources systems and their integration into decision support systems as AcquaNet and ModSim DSS. Two multi-objective evolutionary algorithms are developed: MoDE-NS-NS and MoPSO-NS and compared to NSGA-II. The algorithms are developed in the form of Optimization System which enables generalized multi-objective analysis with a focus on water resources systems. The possibilities for integration with AcquaNet and ModSim DSS, by importing network flow directly from them or by integrated optimization/simulation are also presented. A graphical visualization tool for the set of non-dominated solutions is also included in Optimization System. The algorithms are applied to common test problems set for validation by comparing its results to the NSGA-II. The possibilities of application of the developed Optimization System and multi-objective evolutionary algorithms are initially exploited by multi-objective analysis of a hydrological rainfall-runoff model Smap, with two and five objectives. Then, the analysis is extended to a complex water resources system, the Cantareira System, responsible for supplying nearly half of the Sao Paulo metro area, which corresponds to approximately 33 m³/s. The analysis is done by comparing two pairs of objective functions: minimization of demand shortage versus minimization of pumping cost and minimization of demand shortage versus minimization of the deviation from water quality standards. The results show that the multi-objective evolutionary algorithms are suitable for application to integrated analysis of water resources systems and represent a good alternative to the so called classical methods, for its peculiar characteristics discussed on this thesis. The MoDE-NS and MoPSO-NS developed, outperformed NSGA-II results, by obtaining a better coverage of the Pareto fronts especially on the water resources system case study.

A Determinação da Estrutura tridimensional de Proteínas (DEP) a partir da sua seqüência de aminoácidos é importante para a engenharia de proteínas e o desenvolvimento de novos fármacos. Uma alternativa para este problema tem sido a aplicação de técnicas de computação evolutiva. As abordagens utilizando Algoritmos Evolutivos (AEs) tem obtido resultados relevantes, porém estão restritas a pequenas proteínas, com dezenas de aminoácidos e a algumas classes de proteínas. Este trabalho propõe a investigação de uma abordagem utilizando AEs para a predição da estrutura terciária de proteínas independentemente do seu tamanho e classe. Os resultados obtidos demonstram que apesar das dificuldades encontradas a abordagem investigada constitue-se em uma alternativa em relação aos métodos clássicos de determinação da estrutura terciária das proteínas. / Protein structure determination (DEP) from aminoacid sequences is very importante to protein engineering and development of new drugs. Evolutionary computation has been aplied to this problem with relevant results. Nevertheless, Evolutionary Algorithms (EAs) can work with only proteins with few aminoacids and some protein classes. This work proposes an approach using AEs to predict protein tertiary structure independly from their size and class. The obtained results show that, despite of the difficulties that have been found, the investigate approach is a relevant alternative to classical methods to protein structure determination.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2014-12-16T20:28:04Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Carlos Antônio Campos Jorge - 2014.pdf: 703425 bytes, checksum: 664e77c2f8e857788e0128256d76d4b7 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-12-22T10:40:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Carlos Antônio Campos Jorge - 2014.pdf: 703425 bytes, checksum: 664e77c2f8e857788e0128256d76d4b7 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-22T10:40:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Carlos Antônio Campos Jorge - 2014.pdf: 703425 bytes, checksum: 664e77c2f8e857788e0128256d76d4b7 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-04-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work proposes the use of a multi-objective evolutionary algorithm that makes use of subsets stored in a data structure called table in which the best individuals from each objective considered are preserved. This approach is compared in this work with the traditional mono-objective evolutionary algorithm (GA), classical algorithms (PLS and SPA) and another classic multi-objective algorithm (NSGA-II). As a case study, a multivariate calibration problem is presented which involves the prediction of protein concentration in samples of whole wheat from the spectrophotometric measurements. The results showed that the proposed formulation has a smaller prediction error when compared to the mono-objective formulation and with a lower number of variables. Finally,astudyofnoisesensitivityobtainedbythemulti-objectiveformulationshoweda better resultwhen compared tothe other classical algorithmforvariable selection. / Este trabalho propõe o uso de algoritmo multi-objetivo evolutivo que faz uso de subconjuntos armazenados em uma estrutura de dados chamada tabela em que os melhores indivíduos de cada objetivo são preservadas. Esta abordagem é comparada neste trabalho com o algoritmo evolutivo tradicional mono-objetivo e outros algoritmos clássicos (MONO-GA-MLR, PLS, APS-MLR) e com o algoritmo multi-objetivo clássico NSGAII-MLR.Comoestudodecaso,oproblemadecalibraçãomultivariadaenvolveaprevisão daconcentraçãodeproteínasemamostrasdetrigoapartirdasmediçõesespectrofotométricas. Os resultados mostraram que a formulação proposta seleciona um número menor de variáveis e apresenta um erro de predição menor quando comparada com o algoritmo evolutivo mono-objetivo. Quando comparado com os algoritmos clássicos PLS e APSMLR e com o algoritmo multi-objetivo clássico NSGA-II-MLR, o algoritmo proposto apresenta um erro de predição menor, porém com um número maior de variáveis selecionadas. Finalmente, um estudo de sensibilidade à ruído foi realizado. A solução obtida pela formulação proposta apresentou melhores resultados quando comparado com o algoritmo mono-objetivo e NSGA-II-MLR e desempenho similar à solução obtida com o SPA-MLR.

RESUMO Simulações de aeroacústica computacional demandam uma quantidade considerável de tempo, o que torna complicada a realização de estudos paramétricos. O presente trabalho propõe uma metodologia viável para otimização aeroacústica. Através da análise numérica utilizando dinâmica dos fluidos computacional, foi estudada a aplicação de uma placa separadora desacoplada como método de controle passivo da esteira turbulenta de um cilindro e avaliou-se a irradiação de ruído causado pela interação do escoamento com ambos os corpos, empregando ferramentas de aeroacústica computacional baseadas no método de Ffowcs-Williams e Hawkings. Algumas abordagens distintas de metodologias de otimização de projeto foram aplicadas neste problema, com o objetivo de chegar a uma configuração otimizada que permita a redução do nível sonoro ao longe. Assim, utilizando uma ferramenta de otimização multidisciplinar, pode-se avaliar a capacidade de modelos heurísticos e a grande vantagem do emprego de algoritmos baseados em método de superfície de resposta quando aplicados em um problema não linear, pois requerem a avaliação de um menor número de alternativas para se obter um ponto ótimo. Além disso, foi possível identificar e agrupar os resultados em 5 clusters baseados em seus parâmetros geométricos, nível de pressão sonora global e o valor quadrático médio do coeficiente de arrasto, confirmando a eficiência da aplicação de placas separadoras longas desacopladas posicionadas próximas ao cilindro na estabilização da esteira turbulenta, enquanto que o posicionamento de placas acima de um espaçamento crítico aumentou o nível de pressão acústica irradiado devido à formação de vórtices no espaço entre o cilindro e a placa separadora. / Computational aeroacoustics simulations require a considerable amount of time, which makes the comparison of a large number of different geometric designs a difficult task. The goal of the present study is to provide a suitable methodology for aeroacustic optimization. By means of numerical analyses using computational fluid dynamics tools, the application of a detached splitter plate as a passive control method for the turbulent wake of a circular cylinder was investigated. The irradiation of noise caused by the interaction between the flow and both bodies was evaluated using computational aeroacoustics tools based on the Ffowcs-Williams and Hawkings method. Various design optimization methodologies were applied to this flow in order to achieve a possible optimal configuration, i.e., one which is capable of reducing the far field noise level without increasing the aerodynamic forces. Using a multidisciplinary optimization tool, it was possible to evaluate the behavior of heuristic optimization algorithms and the major advantage of algorithms based on response surface methods when applied to a nonlinear aeroacoustics problem, since they require a smaller number of calculated designs to reach the optimal configuration. In addition, it was possible to identify and group the outcomes into 5 clusters based on their geometric parameters, overall sound pressure level and drag coefficient, confirming the efficiency of the application of long detached splitter plates placed next to the cylinder in stabilizing the turbulent wake, whereas the positioning of splitter plates at a distance larger than a critical gap increased the overall sound pressure level radiated due to the formation of vortices in the gap.

Neste trabalho foram desenvolvidas duas técnicas de sintonia para controladores preditivos por modelo. Ambas visam minimizar a soma do erro quadrático entre respostas do sistema em malha fechada e trajetórias de referência pré-definidas; a primeira resolve um problema de otimização lexicográfica enquanto a segunda resolve um problema de otimização de compromisso. As vantagens dos métodos apresentados são: maior automatização, definição de objetivos de sintonia intuitiva que considera especificações na dinâmica do processo, uma métrica no domínio do tempo e é capaz de incluir o conhecimento do engenheiro de controle em uma técnica de sintonia confiável. Um estudo de caso no sistema de craqueamento catalítico ilustrou a flexibilidade de definição dos objetivos da técnica lexicográfica. Um estudo de caso sobre uma coluna de fracionadora de óleo pesado em malha fechada com um controlador preditivo por modelo comparou ambas as estratégias de sintonia desenvolvidas aqui e pode-se concluir que a técnica lexicográfica dá prioridade aos objetivos importantes enquanto a técnica de compromisso calcula uma solução média, com respeito aos objetivos. A técnica de compromisso foi comparada a um método de sintonia da literatura quanto a aplicação em um controlador preditivo de horizonte infinito com targets para as entradas e controle por faixas das saídas com uma coluna de destilação. Observou-se que a técnica desenvolvida aqui é computacionalmente mais rápida e não requer a escolha de uma solução não-dominada dentre um conjunto de soluções de Pareto. Aplicações reais de controle preditivo são severamente afetadas por incerteza de modelo. Estendeu-se as técnicas desenvolvidas aqui para considerar o caso de incerteza multi-planta, calculando parâmetros de sintonia robustos para controladores nominais, visando tratar o compromisso entre performance e estabilidade e robustez da malha fechada. Um controlador preditivo de horizonte infinito foi sintonizado de forma robusta e comparado com um controlador preditivo robusto em malha fechada com um modelo de separadora C3/C4. Observou-se que este consegue controlar melhor o processo, entretanto, tem um tempo de computação duas ordens de grandeza maior que o controlador nominal, em operação on-line. / Two multi-objective optimization based tuning techniques for Model Predictive Control (MPC) were developed. Both take into account the sum of the squared errors between closed-loop trajectories and reference responses based on pre-defined goals as tuning objectives; one solves a lexicographic optimization to obtain an optimum set of tuning parameters (LTT), whereas the other solves a compromise optimization problem (CTT). The main advantages are an automated framework, and straightforward goal definition, which are capable of taking into account a specification on the process dynamics, a time-domain metrics, and of embedding the control engineers knowledge into a reliable approach. A fluid catalytic cracking tuning case study unveiled the goal definition flexibility of the LTT, with respect to output tracking and variable coupling. A heavy oil fractionator in closed-loop with a MPC case study compared both tuning techniques developed here, and it was observed that the LTT in fact prioritizes the main objectives, whereas the CTT yields an average solution, in terms of the tuning objectives. The CTT was compared to another multi-objective tuning technique from the literature, in the tuning of a MPC with input targets and output zone control in closed-loop with a crude distillation unit model. The simulation results showed that the CTT allows for faster results, regarding the computational time to compute the tuning parameters and there is no need of a posteriori decisions to select the best non-dominated solution. Real MPC applications are strongly hindered by model uncertainty. This limitation was addressed by the extension of the tuning techniques to account for multi-plant model uncertainty, thus obtaining optimum robustly tuned parameters for nominal controllers, addressing the trade-off between robustness and performance. A robustly tuned Infinite Horizon MPC (IHMPC) was compared to a Robust IHMPC, in closed-loop with a C3/C4 splitter system model. It was observed in a simulation that even though the latter yields better output responses, it is two orders of magnitude slower than the former in online operation.

Orientador: Fernando José Von Zuben / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T06:49:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Azevedo_CarlosRenatoBelo_D.pdf: 3449858 bytes, checksum: 7a1811aa772f1ae996e8851c60627b7c (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A presença de incerteza em resultados futuros pode levar a indecisões em processos de escolha, especialmente ao elicitar as importâncias relativas de múltiplos critérios de decisão e de desempenhos de curto vs. longo prazo. Algumas decisões, no entanto, devem ser tomadas sob informação incompleta, o que pode resultar em ações precipitadas com consequências imprevisíveis. Quando uma solução deve ser selecionada sob vários pontos de vista conflitantes para operar em ambientes ruidosos e variantes no tempo, implementar alternativas provisórias flexíveis pode ser fundamental para contornar a falta de informação completa, mantendo opções futuras em aberto. A engenharia antecipatória pode então ser considerada como a estratégia de conceber soluções flexíveis as quais permitem aos tomadores de decisão responder de forma robusta a cenários imprevisíveis. Essa estratégia pode, assim, mitigar os riscos de, sem intenção, se comprometer fortemente a alternativas incertas, ao mesmo tempo em que aumenta a adaptabilidade às mudanças futuras. Nesta tese, os papéis da antecipação e da flexibilidade na automação de processos de tomada de decisão sequencial com múltiplos critérios sob incerteza é investigado. O dilema de atribuir importâncias relativas aos critérios de decisão e a recompensas imediatas sob informação incompleta é então tratado pela antecipação autônoma de decisões flexíveis capazes de preservar ao máximo a diversidade de escolhas futuras. Uma metodologia de aprendizagem antecipatória on-line é então proposta para melhorar a variedade e qualidade dos conjuntos futuros de soluções de trade-off. Esse objetivo é alcançado por meio da previsão de conjuntos de máximo hipervolume esperado, para a qual as capacidades de antecipação de metaheurísticas multi-objetivo são incrementadas com rastreamento bayesiano em ambos os espaços de busca e dos objetivos. A metodologia foi aplicada para a obtenção de decisões de investimento, as quais levaram a melhoras significativas do hipervolume futuro de conjuntos de carteiras financeiras de trade-off avaliadas com dados de ações fora da amostra de treino, quando comparada a uma estratégia míope. Além disso, a tomada de decisões flexíveis para o rebalanceamento de carteiras foi confirmada como uma estratégia significativamente melhor do que a de escolher aleatoriamente uma decisão de investimento a partir da fronteira estocástica eficiente evoluída, em todos os mercados artificiais e reais testados. Finalmente, os resultados sugerem que a antecipação de opções flexíveis levou a composições de carteiras que se mostraram significativamente correlacionadas com as melhorias observadas no hipervolume futuro esperado, avaliado com dados fora das amostras de treino / Abstract: The presence of uncertainty in future outcomes can lead to indecision in choice processes, especially when eliciting the relative importances of multiple decision criteria and of long-term vs. near-term performance. Some decisions, however, must be taken under incomplete information, what may result in precipitated actions with unforeseen consequences. When a solution must be selected under multiple conflicting views for operating in time-varying and noisy environments, implementing flexible provisional alternatives can be critical to circumvent the lack of complete information by keeping future options open. Anticipatory engineering can be then regarded as the strategy of designing flexible solutions that enable decision makers to respond robustly to unpredictable scenarios. This strategy can thus mitigate the risks of strong unintended commitments to uncertain alternatives, while increasing adaptability to future changes. In this thesis, the roles of anticipation and of flexibility on automating sequential multiple criteria decision-making processes under uncertainty are investigated. The dilemma of assigning relative importances to decision criteria and to immediate rewards under incomplete information is then handled by autonomously anticipating flexible decisions predicted to maximally preserve diversity of future choices. An online anticipatory learning methodology is then proposed for improving the range and quality of future trade-off solution sets. This goal is achieved by predicting maximal expected hypervolume sets, for which the anticipation capabilities of multi-objective metaheuristics are augmented with Bayesian tracking in both the objective and search spaces. The methodology has been applied for obtaining investment decisions that are shown to significantly improve the future hypervolume of trade-off financial portfolios for out-of-sample stock data, when compared to a myopic strategy. Moreover, implementing flexible portfolio rebalancing decisions was confirmed as a significantly better strategy than to randomly choosing an investment decision from the evolved stochastic efficient frontier in all tested artificial and real-world markets. Finally, the results suggest that anticipating flexible choices has lead to portfolio compositions that are significantly correlated with the observed improvements in out-of-sample future expected hypervolume / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica