OLIVEIRA, L. F. Otimização multinivel de vigas de concreto armado via algoritmos genéticos. 2014. 114 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-09-20T12:28:54Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_lfoliveira.pdf: 3872314 bytes, checksum: 4a52a82189a45962a4d10c4529bfcf51 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-09-20T12:31:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_lfoliveira.pdf: 3872314 bytes, checksum: 4a52a82189a45962a4d10c4529bfcf51 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-20T12:31:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_lfoliveira.pdf: 3872314 bytes, checksum: 4a52a82189a45962a4d10c4529bfcf51 (MD5) Previous issue date: 2014-08-28 / Reinforced concrete is a composite material that has extensive application in the construction market. It is estimated that 11 billion tons of concrete per year are used in the world. The reinforced concrete beams are structural elements that have applications in buildings, homes, bridges, etc. and are designed via traditional method of trial and error, following standard recommendations concerning to the strength, stability, rigidity and durability. After a predimensioning, run up iterative cycles of analysis and design. In designing, a requirement is used to define the project and the rest are checked. Modifications and stopping are controlled by the designer. In the optimum design method, on the other hand, a criterion of performance is set up (cost, weight, strength, etc.) and the best combination of variables is searched that satisfies all regulatory criteria and results in design with the best performance. In general, it uses cost as a performance measure and the works are distinguished by the nature of design variables and the inclusion of details of armor. The objective of this work is to formulate a model of optimization on two levels to minimize the cost of reinforced concrete beams. In the first level (global) the cost is minimized with the dimensions of the sections (discrete) and the areas of longitudinal reinforcement (continuous) as variables and constraints like strength (ULS), deformation (SLS) and ductility are considered. The detailed transverse reinforcement is already designed at this level. Strategies to include the cost of the armor cuts and anchoring without defined bar sizes are suggested. At the second level (local) the steel lowest volume of arrangement of longitudinal reinforcement is searched, considering the cuts and anchoring. The variables describe the topology of the bars in the sections and restrictions of good design practice, and geometric compatibility are checked. The linear analyzes are performed with classical beam finite element using the software FAST program and the optimization models are solved using genetic algorithm from the software BIOS. The GA parameters are calibrated with test examples and literature’s application examples are made. The sensitivity of the solution is studied for varying cost parameters of the objective function. / O concreto armado é um material compósito que possui uma extensa aplicação no mercado da construção civil. Estima-se que sejam utilizados 11 bilhões de toneladas de concreto por ano no mundo. As vigas em concreto armado são elementos estruturais que possuem aplicações em edifícios, residências, viadutos, entre outros e são projetadas via método tradicional de tentativa e erro, atendendo requisitos de norma relativas à resistência, estabilidade, rigidez e durabilidade. Após um pré-dimensionamento, executam-se ciclos iterativos de análise e dimensionamento. No dimensionamento, um requisito é usado para definir o projeto e os demais são verificados. Modificações e a parada são controladas pelo projetista. No método de projeto ótimo, por sua vez, busca-se a combinação de variáveis com o melhor desempenho em relação a um dado critério (custo, peso, resistência, entre outros) e busca-se a melhor combinação de variáveis que satisfaz todos os critérios normativos e resulte no projeto com o melhor desempenho. Em geral, usa-se o custo como medida de desempenho e os trabalhos se diferenciam pela natureza das variáveis de projeto e pela inclusão dos detalhes de armadura que podem elevar exponencialmente a complexidade do problema. O objetivo deste trabalho é formular um modelo de otimização para minimização do custo de vigas de concreto armado, que detalhe a disposição da armadura na seção de concreto de forma simplificada. Tal problema, levando-se em consideração as variáveis relativas ao detalhamento da seção, possui uma grande complexidade, por isso, dividiu-se o modelo em dois níveis. No primeiro nível (global), minimiza-se o custo com as dimensões das seções (discretas) e as áreas de armadura longitudinais (contínuas) como variáveis, e consideram-se restrições de resistência (ELU), deformação (ELS) e ductilidade. A armadura transversal já é detalhada neste nível. Estratégias para incluir no custo da armadura o efeito dos cortes e ancoragens sem as bitolas definidas são sugeridas. No segundo nível (local) busca-se o arranjo de armaduras longitudinais, considerando os cortes destas, com o menor volume. As variáveis descrevem a topologia das barras nas seções e restrições de boas práticas de projeto e de compatibilidade geométrica são verificadas. As análises lineares são realizadas com elementos finitos clássicos de viga utilizando o programa FAST e os dois modelos de otimização são resolvidos usando o algoritmo genético do programa BIOS. Os parâmetros do AG são calibrados com exemplos testes e são feitas aplicações a exemplos da literatura. A sensibilidade da solução é estudada para variação de parâmetros de custos da função objetivo.

Esta dissertação apresenta a Modelagem Estocástica de Sistemas Hierárquicos de Estoques (SHEs) como um instrumento de uso gerencial, orientado para a maximização do nível de serviço oferecido aos consumidores finais e a minimização do nível global de estoques em uma cadeia de abastecimento. Tal modelagem envolve otimização de sistemas não-lineares com integrais indefinidas, normalmente tratados através de simulação, dada a impossibilidade de estabelecer uma solução analítica para o problema. Neste trabalho, diferentemente, a solução é obtida através da otimização do sistema, a partir de uma modelagem que estabelece os níveis de estoque-alvo, os pontos de reposição de estoques, os níveis de serviço oferecidos aos consumidores finais e o nível ótimo global de estoques. A sua operacionalização utiliza um aplicativo computacional, projetado e desenvolvido especificamente para este fim. Estruturas hierárquicas, quando otimizadas localmente, em cada um de seus níveis, podem apresentar resultados subótimos em nível global. Assim, não é suficiente identificar os ótimos locais para compor uma solução otimizadora para o sistema. Para resolver esse problema, a maior parte dos pesquisadores utiliza simulação. A qualidade das soluções assim obtidas geralmente é inferior à qualidade da solução obtida mediante otimização global do sistema A presente modelagem tem como objetivo gerar soluções mais qualificadas para o problema da otimização de SHEs. Nesta dissertação, as principais abordagens para otimização de SHEs são apresentadas e analisadas, com destaque para o trabalho de Rosenbaum (1981), cujos resultados, obtidos através de simulação, são comparados com os resultados deste trabalho.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:55:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329630.pdf: 3224394 bytes, checksum: fc48cdc77f6532aea3c1e3039c0b50a1 (MD5) Previous issue date: 2014 / O objetivo desta dissertação é propor um procedimento para a síntese estrutural e a otimização dimensional de mecanismos de direção. A síntese estrutural de mecanismos de direção consiste na listagem de todos os mecanismos que cumprem os critérios de mobilidade e simetria necessários. Na síntese estrutural foram consideradas cadeias cinemáticas de quatro, seis e oito elos, com juntas simples e, logo formando mecanismos com juntas prismáticas e rotativas. A síntese dimensional consiste na determinação das dimensão do mecanismo de modo que cumpra com os critérios cinemáticos desejados. O problema de síntese dimensional foi formulado como um problema de otimização, considerando a geometria Ackerman como a função de movimento desejado. No método de síntese ótima proposto, utilizou-se coordenadas naturais na modelagem matemática que descreve a cinemática do mecanismo, e propondo um algoritmo genético implementado no software MALAB. Para a validação dos resultados foram considerados os mecanismos de direção tradicionais e, comparando-os com métodos da literatura. O método de otimização também é aplicado a novos mecanismos encontrados com a síntese estrutural.<br> / Abstract: The aim of this work is to propose a procedure for structural synthesis and dimensional optimization of steering mechanisms. The structural synthesis of steering mechanisms is the list of all the mechanisms that meet the criteria of mobility and symmetry required. In the structural synthesis were considered kinematic chains of four, six and eight links with simple joints, forming mechanism by the permuting of the joints between prismatic and revolute joints.The dimensional synthesis determine the dimension of such mechanism that have the criteria kinematic desired. The problem of dimensional synthesis was formulated as a optimization problem, considering the Ackerman geometry as a function desired movement. In the optimal synthesis method proposed was used natural coordinates by mathematical modeling that describes the kinematics of the mechanism, and propose a genetic algorithm implemented in Matlab. To validate the results were considered traditional steering mechanisms with recent steering methods from the literature. The optimization method is also applied to new mechanisms found to structural synthesis.

ARARUNA, A. R. Caminho mínimo com restrição probabilística de atraso máximo. 2013. 88f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Departamento de Computação, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Aline Mendes (alinemendes.ufc@gmail.com) on 2015-09-18T13:05:49Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_arararuna.pdf: 2056638 bytes, checksum: f70ff44a38a60bdeaddc2fbf6e8fd0cf (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Mendes(alinemendes.ufc@gmail.com) on 2015-09-18T13:06:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_arararuna.pdf: 2056638 bytes, checksum: f70ff44a38a60bdeaddc2fbf6e8fd0cf (MD5) / Made available in DSpace on 2015-09-18T13:06:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_arararuna.pdf: 2056638 bytes, checksum: f70ff44a38a60bdeaddc2fbf6e8fd0cf (MD5) Previous issue date: 2013 / In the Probabilistic Delay Constrained Shortest Path problem we aim to consider the time factor in the design of cargo routing paths in road networks at minimum cost, considering the increasing uncertainty in travel times of these routes in real networks, and keeping in mind strategies of quality of service, in order to obtain a compromise between the travel costs and the compliance of the arrival time at the destination. We conducted a study of related problems in the literature of transport networks optimization, in order to better understand the problem to be addressed, about which we are not aware of existing works. We developed a scheme for enumerating partitions of the solution space of this problem, which uses an L decomposition to select these partitions wisely, and is aided by solutions to relaxations of the problem to obtain bounds for the optimal cost. In addition, we developed some branching and pruning strategies for a Branch-and-Bound scheme, with a pre-processing phase, in order to try and solve the problem directly. The computational results show that we are competitive with the commercial tool used for comparison in the smaller instances. For the remaining instances, this tool is more efficient in the time required for solving the problem. / No problema do Caminho Mínimo com Restrição Probabilística de Atraso Máximo visamos considerar o fator tempo no projeto de rotas de transporte de cargas em malhas viárias a custo mínimo, atentando à crescente incerteza nos tempos de percurso dessas rotas em malhas reais, e observá-lo tendo em mente estratégias de qualidade de serviço, de forma a obtermos um compromisso entre o custo de percurso e a conformidade ao prazo de chegada ao destino. Realizamos um estudo de problemas relacionados na literatura da área de otimização em redes de transporte, de forma a tentarmos conhecer melhor o problema a ser estudado, sobre o qual não tomamos conhecimento de trabalhos existentes. Desenvolvemos um esquema para enumeração de partições do espaço de soluções do problema, que utiliza uma decomposição em L para selecionar partições de forma inteligente, e que é auxiliado por soluções de relaxações do problema de forma a obter cotas para o custo ótimo. Além disso, desenvolvemos algumas estratégias de ramificação e de poda para um esquema de Branch-and-Bound, com uma fase de pré-processamento, de forma a tentar resolver o problema diretamente. Os resultados computacionais obtidos demonstram que somos competitivos com a ferramenta comercial utilizada para comparação em instâncias de menor porte para o problema. Para as demais instâncias, essa ferramenta se mostrou mais eficiente quanto ao tempo necessário para a resolução.

PEREIRA, M. B. Particle swarm optimization and differential evolution for base station placement with multi-objective requirements. 2015. 72 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-09-21T12:31:09Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_mbpereira.pdf: 3666612 bytes, checksum: bc2466a863d5e64d596e5667f3ef5426 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-10-09T14:45:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_mbpereira.pdf: 3666612 bytes, checksum: bc2466a863d5e64d596e5667f3ef5426 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-09T14:45:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_mbpereira.pdf: 3666612 bytes, checksum: bc2466a863d5e64d596e5667f3ef5426 (MD5) Previous issue date: 2015-07-15 / The infrastructure expansion planning in cellular networks, so called Base Station Placement (BSP) problem, is a challenging task that must consider a large set of aspects, and which cannot be expressed as a linear optimization function. The BSP is known to be a NP-hard problem unable to be solved by any deterministic method. Based on some fundamental assumptions of Long Term Evolution - Advanced (LTE-A) networks, this work proceeds to investigate the use of two methods for BSP optimization task: the Particle Swarm Optimization (PSO) and the Differential Evolution (DE), which were adapted for placement of many new network nodes simultaneously. The optimization process follows two multi-objective functions used as fitness criteria for measuring the performance of each node and of the network. The optimization process is performed in three scenarios where one of them presents actual data collected from a real city. For each scenario, the fitness performance of both methods as well as the optimized points found by each technique are presented / O planejamento de expansão de infraestrutura em redes celulares é uma desafio que exige considerar diversos aspectos que não podem ser separados em uma função de otimização linear. Tal problema de posicionamento de estações base é conhecido por ser do tipo NP-hard, que não pode ser resolvido por qualquer método determinístico. Assumindo características básicas da tecnologia Long Term Evolution (LTE)-Advanced (LTE-A), este trabalho procede à investigação do uso de dois métodos para otimização de posicionamento de estações base: Otimização por Enxame de Partículas – Particle Swarm Optimization (PSO) – e Evolução Diferencial – Differential Evolution (DE) – adaptados para posicionamento de múltiplas estações base simultaneamente. O processo de otimização é orientado por dois tipos de funções custo com multiobjetivos, que medem o desempenho dos novos nós individualmente e de toda a rede coletivamente. A otimização é realizada em três cenários, dos quais um deles apresenta dados reais coletados de uma cidade. Para cada cenário, são exibidos o desempenho dos dois algoritmos em termos da melhoria na função objetivo e os pontos encontrados no processo de otimização por cada uma das técnicas

LIMA, J. B. C. A. Contribuições para otimização estrutural de torres tubulares de aço para turbinas eólicas. 2011, 149 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil, Estruturas e Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-09-10T13:59:29Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_jbcalima.pdf: 3218608 bytes, checksum: bb7c862745453e62469ec390dda6a4f2 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-09-10T16:27:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_jbcalima.pdf: 3218608 bytes, checksum: bb7c862745453e62469ec390dda6a4f2 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-10T16:27:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_jbcalima.pdf: 3218608 bytes, checksum: bb7c862745453e62469ec390dda6a4f2 (MD5) Previous issue date: 2011 / The main subjects of the globalized world have passed necessarily by issues related to sustainability, clean energy, environment exploration in an ecologically correct way, and technology innovation to maintain a healthy planet. In this context, the wind has been highlighting, especially in the Northeast of Brazil, because of the large wind potential and the characteristics of renewability and complementarily with hydropower energy. The towers represent significant portion of the cost of the system, tends to grow seeking greatest wind speeds and allowing the use of wind turbines with bigger production capacity, emphasizing its importance as a structural element of the system. The main objective of this work is to formulate an optimization model of tubular steel towers, composed of segments in truncated cone. The aim is a minimum weight solution, having outer diameters and plate thicknesses characteristics of each segment as design variables. Constraints related to strength, stability and stiffness are imposed based on Brazilian codes. Constraints related to natural frequency, the limitations of transport and geometry are also required. The nacelle/rotor conjunct is modeled as a rigid mass attached to the top of the tower, without rotation, and the loading acting on the structure includes the weights of the tower and the nacelle/rotor conjunct, the static wind effect on the tower and on rotor blades. The analysis model adopts cantilever beam and employs a formulation for geometric nonlinear finite element method using a C++ program. The optimization model was implemented in MATLAB and due to the discrete nature of the design variables and the discontinuities of the constraint functions and their gradients we use genetic algorithms in the solution. Searches in the neighborhood of the discrete solutions are performed using a gradient based algorithm (fmincon in MATLAB). Applications to several tower heights are made, including comparisons with a cylindrical tower to validate the model. The results are analyzed against others models in the literature. The concepts of rigid and flexible tower project are discussed relaxing their stiffness and frequency constraints. Solutions obtained are analyzed using shell elements of ABAQUS analysis program to check tensions and displacements. / As grandes questões do mundo globalizado têm passado, necessariamente, pelos temas ligados à sustentabilidade, energia limpa, exploração do meio ambiente de forma ecologicamente correta e inovação tecnológica para manter o planeta saudável. Nesse contexto, a energia eólica vem se destacando, principalmente na região Nordeste do Brasil, pelo grande potencial dos ventos e as características de renovabilidade e complementaridade com a energia das hidrelétricas. As torres, que representam parcela significativa do custo do sistema, tendem a crescer buscando ventos com maiores velocidade e permitindo a utilização de turbinas eólicas de maior capacidade de geração, acentuando-se a sua importância como elemento estrutural do sistema. O objetivo geral deste trabalho é formular um modelo de otimização de torres tubulares de aço, composta de segmentos em tronco de cone. Busca-se a solução de peso mínimo, tendo como variáveis de projeto os diâmetros externos e as espessuras de chapa características de cada segmento. Restrições relativas à resistência, à estabilidade e rigidez são impostas com base em normas brasileiras. Restrições relativas à frequência natural, a limitações de transporte e geométricas são também requeridas. O conjunto nacele/rotor é modelado como uma massa rígida fixada no topo da torre, sem rotação, e o carregamento atuante na estrutura inclui os pesos da torre e do conjunto rotor/nacele, o efeito estático da ação do vento sobre a torre e as pás do rotor. A concepção de análise adota modelo de viga engastada na base e livre no topo e emprega uma formulação não linear geométrica pelo Método de Elementos finitos usando um programa em C++. O modelo de otimização foi implementado no MATLAB e, devido à natureza discreta das variáveis de projeto e às descontinuidades de funções de restrição e de suas derivadas, utilizam-se algoritmos genéticos na solução. Buscas na vizinhança das soluções discretas são realizadas usando um algoritmo baseado em informação de gradiente (fmincon do MATLAB). Aplicações para várias alturas de torre são feitas, incluindo comparações com uma torre cilíndrica para validação do modelo. Os resultados são analisados frente aos de outros modelos da literatura. Os conceitos de projeto de torre rígida e flexível são discutidos relaxando-se as restrições de rigidez e de frequência. Soluções obtidas são analisadas usando elementos de casca do programa de análise ABAQUS para verificação de tensões e deslocamentos.

LEITE, K. de S. Estudo de um sistema de nível com dois tanques interligados sujeito a perturbações utilizando desigualdades matriciais lineares. 2012. 118 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-09-27T14:27:02Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_ksleitel.pdf: 704572 bytes, checksum: dfae414bf5b1ba73b30022713f47b10c (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-09-27T16:28:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_ksleitel.pdf: 704572 bytes, checksum: dfae414bf5b1ba73b30022713f47b10c (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-27T16:28:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_ksleitel.pdf: 704572 bytes, checksum: dfae414bf5b1ba73b30022713f47b10c (MD5) Previous issue date: 2012 / The robust control theory has evolved considerably over the past decades, providing solutions for various problems of analysis, synthesis and performance of uncertain linear systems. The linear matrix inequalities (LMI) and its techniques have emerged as powerful tools in various areas of control engineering for structural projects. An important property of LMIs is the fact that its solution set is convex. This property is crucial in order to be able to make robust control problems as convex optimization problems that minimize an objective function. Given these statements the present work uses a liquid level system with two tanks connected to the plant where it was modeled, and then a controller is designed to ensure quadratic stability when subjected to external disturbances defined in an uncertain polytope. We used the linear quadratic regulator with integral action (LQI) as a controller, however, the concept of optimal LQR does not take into account the parametric uncertainties in the existing plant design, with it, was presented a method of solving the LQR using convex optimization. LQR optimized via LMI allows the addition of uncertainty to obtain the state feedback gain. The results obtained proved that the strategy of LQI control via LMI resolution is effective as robust control, because it can include features related to the imprecision of the process, moreover, the LQI control ensures the optimality of control. / A teoria de controle robusto evoluiu consideravelmente ao longo das últimas décadas, apresentando soluções para vários tipos de problemas de análise, desempenho e síntese de sistemas lineares incertos. As desigualdades matriciais lineares (LMIs) e suas técnicas surgiram como poderosas ferramentas em diversas áreas de engenharia de controle para projetos estruturais. Uma propriedade importante das LMIs reside no fato de que o seu conjunto solução é convexo. Esta propriedade é fundamental para que se possam formular problemas em controle robusto como sendo problemas de otimização convexa que minimizam uma função objetivo. Diante destas afirmações o presente trabalho utiliza um sistema de nível de líquido com dois tanques interligados como planta onde a mesma foi modelada, e, em seguida, foi desenvolvido um controlador para garantir a sua estabilidade quadrática, quando submetido a perturbações externas incertas definidas em um politopo. Utilizou-se o regulador linear quadrático com ação integral (LQI) como controlador, porém, o conceito ótimo do LQR não leva em consideração as incertezas paramétricas existentes nas plantas de projeto, com isso, foi apresentado um método de resolução do LQR utilizando otimização convexa. O LQR otimizado via LMIs permite a adição de incertezas para a obtenção do ganho de realimentação de estado. Os resultados obtidos comprovaram que a estratégia de controle LQI via resolução LMI é eficaz como controle robusto, pois é capaz de incluir características referentes à imprecisão do processo, além disso, o controle LQI garante a otimalidade do controle.

Muitos sistemas na natureza e na indústria são conhecidos por apresentarem comportamento oscilatório, como os sistemas biológicos do tipo predador-presa, biotecnológicos de fermentação e as golfadas na indústria de petróleo. Para fins de estudo de características de tais sistemas, como dinâmica, estabilidade e robustez, modelos matemáticos são formulados. Os parâmetros dos modelos são frequentemente arbitrariamente escolhidos, ou baseados em algum conhecimento prévio do sistema real com intuito de representar qualitativamente um comportamento desejado. No entanto, esta prática pode acarretar conclusões errôneas sobre a análise do sistema. Portanto, o objetivo deste trabalho é estudar o problema da estimação de parâmetros em sistemas oscilatórios, que apresentam especificamente ciclo limite. Em sistemas não oscilatórios, os sinais de saída possuem apenas a característica da forma do sinal, ou trajetória, enquanto que o sinal de saída de um sistema oscilatório possui, além de uma trajetória, a característica da periodicidade. A periodicidade faz com que o sistema repita seus valores em períodos regulares de tempo e também resulta no crescimento ilimitado dos índices de sensibilidade do sistema com o tempo (Lu & Yue, 2012). Devido a este fato, a aplicação direta de métodos tradicionais de análise de sensibilidade baseados em derivada não é viável neste tipo de sistema Neste trabalho, os efeitos da trajetória e da periodicidade foram desacoplados em três métricas que capturam características necessárias do ciclo limite: período, número de oscilações e somatório dos pontos médios de subida e descida dos ciclos. Através destas métricas, uma função objetivo é proposta para a estimação de parâmetros de modelos com ciclo limite. Além disso, as métricas viabilizam a análise de sensibilidade destes sistemas. Visando a obtenção de um modelo matemático para estuda do efeito da golfada em sistemas de produção de petróleo offshore, o estudo de caso principal deste trabalho é o modelo FOWM (Diehl et al., 2017). Os modelos de Lotka-Volterra e de Jöbses et al. (1986) também foram estudados para abordar mais ampla as métricas propostas e reforçar seu desempenho e aplicabilidade a outros sistemas com ciclo limite. A função objetivo proposta foi comparada com o método dos mínimos quadrados e com resultados presentes na literatura, para o modelo FOWM, através do teste de Fischer. Os resultados mostram a viabilidade da análise de sensibilidade com as métricas propostas e o desempenho superior da estimação de parâmetros utilizando a função objetivo proposta. / Many systems in industry and in nature are known to exhibit oscillatory behavior, such as the predator-prey in biological system, fermentation in biotechnological system and the slugs in oil industry. For purposes of studying the characteristics of such systems, such as dynamics, stability and robustness, mathematical models are formulated. The model parameters are often arbitrarily chosen, or based on some prior knowledge of the real system, in order to qualitatively represent a desired behavior. However, this practice may lead to erroneous conclusions about the system analysis. Therefore, the objective of this work is to study the problem of parameter estimation in oscillatory systems, which present limit cycle. In non-oscillatory systems, the output signals have only the characteristic of the shape of the signal, or trajectory, whereas the output signal of an oscillatory system has, in addition to a trajectory, the characteristic of periodicity. Periodicity means that the system repeats its values over regular periods of time, and also results in the unlimited growth of system sensitivity indices over time (Lu & Yue, 2012). Due to this fact, the direct application of traditional methods based on derivative is not feasible in this type of system In this work, the effects of trajectory and periodicity were decoupled in three metrics that capture the necessary characteristics of the limit cycle: period, number of oscillations and sum of the average points of rise and fall of the cycles. Through these metrics, an objective function is proposed for the estimation of parameters of models with limit cycle. In addition, the metrics enable the sensitivity analysis of these systems. Aiming the identification of a model to describe the slug effect on the offshore oil production system, the main case study of this work is the FOWM model (Diehl et al., 2017). The models of Lotka-Volterra and Jöbses et al. (1986) have also been studied to enable a broader approach to the proposed metrics and to reinforce their performance and applicability to other systems with limit cycle. The proposed objective function was compared with the least squares method and with results in the literature, for the FOWM model, through the Fischer test. The results show the feasibility of the sensitivity analysis with the proposed metrics and the superior performance of the parameter estimation using the proposed objective function.

O objetivo principal da otimização de processos é a obtenção de alta produtividade e lucro, seja em processos químicos ou bioquímicos. Para alcançar isto, se faz necessária a utilização de técnicas e estratégias de controle, individualizadas e apropriadas para cada situação. Uma vez que se dispõe de atuadores e manipuladores de variáveis para as mais diversas aplicações (desde extremos de temperatura e pressão, até casos onde as características do meio o tornam inapropriado à utilização de sondas), a restrição na utilização de controle avançado recai sobre o déficit de coleta e caracterização dos estados do processo frente à suas variáveis de interesse. Muitas vezes, as características do meio inviabilizam a utilização de sensores, como em casos com alto risco de contaminação. Também existem os casos onde apenas técnicas laboratoriais são viáveis para a caracterização de certas variáveis, e nestes casos, usualmente, o tempo de resposta dos métodos é muito elevado, limitando a ação de controle e impossibilitando a operação do processo em ramos de maior produtividade. Neste contexto, sensores óticos associados a métodos quimiométricos são considerados a evolução natural das técnicas para caracterização de processos. Baixo tempo morto, medidas não intrusivas, baixo custo, simples manutenção, alta sensibilidade e seletividade, são algumas das características inerentes a este tipo de sensor. Neste trabalho, são estudadas e associadas técnicas de espectroscopia vibracional (Infravermelho Próximo e Fluorescência 2D) com metodologias quimiométricas baseadas em elementos espectrais puros. É apresentada a metodologia de caracterização denominada Modelagem Quimiométrica com Componentes Espectrais Puros (PSCM), onde modelos multilineares são ajustados para predição de determinadas variáveis de interesse, através de elementos constituintes de medidas de espectroscopia, selecionados com a utilização do método de otimização de Colônia de Formigas. Como casos de estudo são utilizados o procedimento de determinação do teor de proteínas em amostras de farinha de trigo e centeio utilizando Espectroscopia de Infravermelho Próximo (NIR), e a caracterização das variáveis de estado do processo fermentativo de glicose com a levedura Saccharomyces cerevisiae, através de medidas de Espectroscopia de Fluorescência 2D. A metodologia apresentada é comparada com as técnicas quimiométricas usuais (Análise de Componentes Principais (PCA), Regressão de componentes Principais (PCR), Regressão por Mínimos Quadráticos Parciais (PLSR), Regressão PLS com Janela Móvel (MWPLSR) e PLS com Janela Móvel Variada (CSMWPLS)), permitindo incrementos significativos na qualidade de predição das variáveis de interesse, para ambos os processos, além de apresentar uma nova opção para a seleção e filtragem de dados espectrais, baseada em informações qualitativas do ajuste de modelos, denominada trilha de feromônios. / The aim of process optimization is obtaining higher productivity and profit in chemical or bio-chemical process. For that, one must apply control techniques specially designed for each situation. Once there actuators are available for several applications (from extremes of temperature and pressure, even cases where the medium characteristics are not suitable for probes), the restriction on advanced control is due to the lack of measurements. In some applications, measurements are difficult because of high contamination risks. In other cases, only laboratory methods are available, resulting in big time delay, limiting automatic control and, therefore, operation on regions of high production and profit. At this context, optical sensors associated with chemometric methods are the natural evolution for process characterization tools. Low time delay, non-intrusive measurements, low costs, easy maintenance, high sensibility and selectivity, are some examples of the characteristics usually associated with those sensors. In this work, it is studied and associated techniques of vibrational spectroscopy (Near Infrared and 2D Fluorescence) with chemometric methodologies based on pure spectral elements. This work presents the method called Pure Spectral Chemometric Modeling (PSCM), where multi linear models are adjusted for infer specific interest variables through spectral elements, selected using the optimization algorithm ACO (Ant Colony Optimization). Study cases are: (i) determination of protein content amount presented by wheat and rye flour samples using Near Infrared; and, (ii) characterization of significant variables of Saccharomyces cerevisiae fermentative process with glucose as substrate, measured with 2D Fluorescence Spectroscopy. Presented methodology is compared with usual chemometric methodologies (Principal Component Analysis (PCA), Principal Component Regression (PCR), Partial Least Squares (PLS), Moving Window Partial Least squares Regression (MWPLSR) and Changeable Size Moving Window Partial Least Squares (CSMWPLS)), showing significant improvement on prediction, for both cases. The proposed method is also a new option for pre-selection of spectral data, only based on qualitative information of assisted modeling process, called pheromone trail.

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