Student Number : 9811923K - PhD thesis - School of Mechanical Engineering - Faculty of Engineering and the Built Environment / Methods are presented for obtaining models used for predicting welded sample resistance and effective weld current (RMS) for desired weld diameter (weld quality) in the resistance spot welding process. These models were used to design predictive controllers for the welding process. A suitable process model forms an important step in the development and design of process controllers for achieving good weld quality with good reproducibility. Effective current, dynamic resistance and applied electrode force are identified as important input parameters necessary to predict the output weld diameter. These input parameters are used for the process model and design of a predictive controller. A three parameter empirical model with dependent and independent variables was used for curve fitting the nonlinear halfwave dynamic resistance. The estimates of the parameters were used to develop charts for determining overall resistance of samples for any desired weld diameter. Estimating resistance for samples welded in the machines from which dataset obtained were used to plot the chart yielded accurate results. However using these charts to estimate sample resistance for new and unknown machines yielded high estimation error. To improve the prediction accuracy the same set of data generated from the model were used to train four different neural network types. These were the Generalised Feed Forward (GFF) neural network, Multilayer Perceptron (MLP) network, Radial Basis Function (RBF) and Recurrent neural network (RNN). Of the four network types trained, the MLP had the least mean square error for training and cross validation of 0.00037 and 0.00039 respectively with linear correlation coefficient in testing of 0.999 and maximum estimation error range from 0.1% to 3%. A prediction accuracy of about 97% to 99.9%. This model was selected for the design and implementation of the controller for predicting overall sample resistance. Using this predicted overall sample resistance, and applied electrode force, a second model was developed for predicting required effective weld current for any desired weld diameter. The prediction accuracy of this model was in the range of 94% to 99%. The neural network predictive controller was designed using the MLP neural network models. The controller outputs effective current for any desired weld diameter and is observed to track the desired output accurately with same prediction accuracy of the model used which was about 94% to 99%. The controller works by utilizing the neural network output embedded in Microsoft Excel as a digital link library and is able to generate outputs for given inputs on activating the process by the push of a command button.

A busca progressiva no espaço de estados é uma das abordagens mais populares de Planejamento Automatizado. O desempenho dos algoritmos de busca progressiva é influenciado pela heurística independente de domínio utilizada para guiá-lo. Nesse contexto, o foco do presente trabalho consiste em investigar técnicas de aprendizado de máquina supervisionadas que possibilitaram agregar à heurística do plano relaxado, comumente utilizada em abordagens atuais de planejamento, informações sobre o domínio em questão que viessem a ser úteis ao algoritmo de busca. Essas informações foram representadas por meio de um espaço de características do problema de planejamento e uma rede neural MLP foi aplicada para estimar uma nova função heurística para guiar a busca por meio de um processo de regressão não linear. Uma vez que o conjunto de características disponíveis para a construção da nova função heurística é grande, foi necessário a definição de um processo de seleção de características capaz de determinar qual conjunto de características de entrada da rede resultaria em melhor desempenho para o modelo de regressão. Portanto, para a seleção de características, aplicou-se uma abordagem de algoritmos genéticos. Como principal resultado, tem-se uma análise comparativa do desempenho entre a utilização da heurística proposta neste trabalho e a utilização da heurística do plano relaxado para guiar o algoritmo de busca na tarefa de planejamento. Para a análise empírica foram utilizados domínios de diferentes complexidades disponibilizados pela Competições Internacionais de Planejamento. Além dos resultados empíricos e análises comparativas, as contribuições deste trabalho envolvem o desenvolvimento de um novo planejador independente de domínio, denominado LearnInPlanner. Esse planejador utiliza a nova função heurística estimada por meio do processo de aprendizado e o algoritmo de Busca Gulosa para solucionar os problemas de planejamento. / The forward state-space search is one of the most popular Automated Planning approaches. The performance of forward search algorithms is affected by the domain-independent heuristic being used. In this context, the focus of this work consisted on investigating techniques of supervised machine learning that make possible to agregate to the relaxed plan heuristic, commonly used in current planning approaches, information about the domain which could be useful to the search algorithm. This information has been represented through a feature space of planning problem and a MLP neural network has been applied to estimate a new heuristic function for guiding the search through a non-linear regression process. Once the set of features available for the construction of the new heuristic function is large, it was necessary to define a feature selection process capable of determining which set of neural network input features would result in the best performance for the regression model. Therefore, for selecting features, an approach of genetic algorithms has been applied. As the main result, one has obtained a comparative performance analysis between the use of heuristic proposed in this work and the use of the relaxed plan heuristic to guide the search algorithm in the planning task. For the empirical analysis were used domains with different complexities provided by the International Planning Competitions. In addition to the empirical results and comparative analysis, the contributions of this work involves the development of a new domain-independent planner, named LearnInPlanner. This planner uses the new heuristic function estimated by the learning process and the Greedy Best-First search algorithm to solve planning problems.

A busca progressiva no espaço de estados é uma das abordagens mais populares de Planejamento Automatizado. O desempenho dos algoritmos de busca progressiva é influenciado pela heurística independente de domínio utilizada para guiá-lo. Nesse contexto, o foco do presente trabalho consiste em investigar técnicas de aprendizado de máquina supervisionadas que possibilitaram agregar à heurística do plano relaxado, comumente utilizada em abordagens atuais de planejamento, informações sobre o domínio em questão que viessem a ser úteis ao algoritmo de busca. Essas informações foram representadas por meio de um espaço de características do problema de planejamento e uma rede neural MLP foi aplicada para estimar uma nova função heurística para guiar a busca por meio de um processo de regressão não linear. Uma vez que o conjunto de características disponíveis para a construção da nova função heurística é grande, foi necessário a definição de um processo de seleção de características capaz de determinar qual conjunto de características de entrada da rede resultaria em melhor desempenho para o modelo de regressão. Portanto, para a seleção de características, aplicou-se uma abordagem de algoritmos genéticos. Como principal resultado, tem-se uma análise comparativa do desempenho entre a utilização da heurística proposta neste trabalho e a utilização da heurística do plano relaxado para guiar o algoritmo de busca na tarefa de planejamento. Para a análise empírica foram utilizados domínios de diferentes complexidades disponibilizados pela Competições Internacionais de Planejamento. Além dos resultados empíricos e análises comparativas, as contribuições deste trabalho envolvem o desenvolvimento de um novo planejador independente de domínio, denominado LearnInPlanner. Esse planejador utiliza a nova função heurística estimada por meio do processo de aprendizado e o algoritmo de Busca Gulosa para solucionar os problemas de planejamento. / The forward state-space search is one of the most popular Automated Planning approaches. The performance of forward search algorithms is affected by the domain-independent heuristic being used. In this context, the focus of this work consisted on investigating techniques of supervised machine learning that make possible to agregate to the relaxed plan heuristic, commonly used in current planning approaches, information about the domain which could be useful to the search algorithm. This information has been represented through a feature space of planning problem and a MLP neural network has been applied to estimate a new heuristic function for guiding the search through a non-linear regression process. Once the set of features available for the construction of the new heuristic function is large, it was necessary to define a feature selection process capable of determining which set of neural network input features would result in the best performance for the regression model. Therefore, for selecting features, an approach of genetic algorithms has been applied. As the main result, one has obtained a comparative performance analysis between the use of heuristic proposed in this work and the use of the relaxed plan heuristic to guide the search algorithm in the planning task. For the empirical analysis were used domains with different complexities provided by the International Planning Competitions. In addition to the empirical results and comparative analysis, the contributions of this work involves the development of a new domain-independent planner, named LearnInPlanner. This planner uses the new heuristic function estimated by the learning process and the Greedy Best-First search algorithm to solve planning problems.