Este trabalho apresenta um modelo para alocação e dimensionamento ótimo da geração distribuída em sistemas elétricos de potência. Com o objetivo de minimizar o custo da concessionária devido as perdas ativas e desvios de tensão em regime permanente, ambos foram transformados em valores monetários utilizando a normativa existente no Brasil. O problema de otimização considera uma curva de carga de 24 níveis com o intuito de simular uma curva de carga diária em intervalos de uma hora. Foram considerados limites de tensão de cada barra e corrente máxima em cada trecho do alimentador. O fluxo de potência foi estimado através do algoritmo clássico de Newton Raphson. A alocação da geração distribuída, a qual é considerada em mais de um local do alimentador, é tratada como uma variável binária no modelo desenvolvido. O modelo de otimização não-linear inteira mista é escrita mediante um algoritmo em Matlab na linguagem GAMS e enviado para o servidor de otimização NEOS e solucionado pelo solver KNITRO. O resultado é a obtenção do valor dos custos evitados para a concessionária facilitando o diagnóstico para a tomada de decisões. Por fim para verificação do método, realiza-se um estudo de caso em um sistema de distribuição de 33 barras da IEEE, sendo os resultados analisados e discutidos. / This work presents a model for optimal distributed generation sizing and allocation in power systems. The main objectives are to reduce costs for the power distribution company by power losses and compensation for voltage levels violation, both are converted in monetary values based on the Brazilian normative. The optimization problem considers a load curve with 24 levels to simulate one day in intervals of one hour. Also the model considers voltage limits for each bus and maximum currents for every line in the feeder. The power flow was formulated by the classical Newton Raphson theory. The distribution generation allocation is modeled as binary variables and can be allocated in more than one bus in the feeder. The mixed integer nonlinear model is written by a Matlab algorithm in GAMS language and solved by KNITRO through NEOS solver for optimization. The model was tested using the IEEE 33 buses, and the results were evaluated and discussed. The model lets power distribution companies reduce operational cost and penalties with optimal placement and sizing of distributed generation.

Análises numéricas confiáveis do comportamento mecânico de materiais como borrachas, dependem muito de uma calibração precisa do modelo constitutivo hiperelástico utilizado. Estes modelos são calibrados ajustando as curvas teóricas aos dados experimentais, obtidos por meio de ensaios usuais. Em muitos casos as amostras de matéria prima desses elastômeros já não se encontram disponíveis ou é impossível fabricar os corpos de prova requeridos. O objetivo deste trabalho é verificar a possibilidade de encontrar constantes constitutivas testando o próprio componente, ao invés dos usuais ensaios de tração, compressão e cisalhamento. A abordagem proposta consiste em criar uma rotina de programação associada a uma função custo onde, a partir de uma estimativa inicial de constantes constitutivas, sejam realizados processos iterativos de otimização buscando aproximar as curvas de força × deslocamento teórica e experimental. Um componente automotivo será utilizado nos estudos e dois modelos constitutivos hiperelásticos serão testados. As equações de tensões nominais dos modelos hiperelásticos serão utilizadas para predizer o comportamento teórico dos ensaios usuais, de forma a verificar a qualidade das constantes obtidas. Conclui-se que é possível utilizar o ensaio da própria peça para caracterizar o material hiperelástico, com resultados comparáveis aos que seriam obtidos com os ensaios típicos para esta aplicação. / The reliable numerical analysis of the mechanical behavior of rubber-like materials depends strongly on accurately calibrated hyperelastic constitutive models. Such models are calibrated by fitting theoretical curves against experimental data obtained in well known tests. In many cases samples of the original elastomer are no longer available or it is impossible to manufacture the specimens required by the standard tests. The aim of this work is verify the possibility of finding the constitutive constants by testing the actual component instead of the usual tensile, compression and shear tests. The proposed approach consists in creating a programming routine with a cost function that, starting from an initial estimate of the constitutive constants, iterate through an optimization algorithm in order to fit the theoretical force × displacement curves to the experimental ones. An automotive component will be used during the studies and two hyperelastic constitutive models will be tested. The nominal stress equations for the hyperelastic models are used to predict the standard tests behavior, to assess the quality of the constants obtained. The results shown that is possible to characterize an hyperelastic material by testing the actual component, with results comparable to those which would be obtained with standard tests.

Este trabalho apresenta um processo racional para a seleção das dimensões e coeficientes de forma ótimos para um navio petroleiro usando a técnica dos algoritmos genéticos. É proposto um procedimento para balanceamento em função do peso e espaço disponível de carga, determinando sua viabilidade e permitindo balancear navios de peso ou de volume. A elaboração de um procedimento e sua implementação em um programa eficiente é muito importante no dimensionamento preliminar de um navio, assim, esta pesquisa é uma divulgação da técnica dos algoritmos genéticos como uma técnica robusta para o projeto preliminar do navio. Duas funções de mérito são usadas para avaliar cada projeto: custo e vazamento médio de óleo. Estes atributos são conflitantes entre si, isto é, um baixo custo corresponde a um alto vazamento e vice-versa. O vazamento médio de óleo é avaliado com a metodologia probabilística proposta pela INTERTANKO (INTERTANKO, 2002). A avaliação do vazamento médio, através de um adimensional, considera a possibilidade de ocorrência de eventos de encalhes e/ou colisão resultando, respectivamente, em dano ao fundo e ao costado. Para a estimativa do custo são utilizados dois modelos, apresentando-se uma comparação dos seus efeitos nos valores finais das dimensões principais. Além disso, para o procedimento de balanceamento, cinco modelos de peso do casco são testados e analisados os impactos na forma e distribuição da fronteira de Pareto. Um algoritmo genético é implementado para buscar os parâmetros de projeto ótimos e identificar a fronteira não-dominada de Pareto. O algoritmo é testado com quatro funções encontradas na literatura técnica. As funções de teste são convexas, não-convexa, descontínua e uma com quatro restrições funcionais. A implementação mostra resultados similares com os apresentados na literatura. Um navio Suezmax, um Aframax e um Panamax são usados como estudo de casos para comparar os resultados obtidos com o programa implementado. Um objetivo adicional deste trabalho é expor à comunidade naval a utilidade e efetividade dos algoritmos genéticos nos problemas de projeto multiobjetivo. O enfoque desta pesquisa está na metodologia implementada e na sua recomendação para o projeto preliminar de navios. / This paper shows the rational process of selecting the optimal dimensions and forms coefficients of tanker ships using the technique of genetic algorithm. It is proposed a procedure to balance designs in weight and useful space and assesses their feasibility so that weight and volume limited tankers can be balanced. The elaboration of a procedure and its implementation in an efficient program is so important in the preliminary dimension of a ship, so this paper is a divulgation of the genetic algorithm as robust technique for the preliminary ship design. Two objective attributes are used to evaluate each design: Total Cost and Mean Oil Outflow. This attributes are conflicting between them, that is, a low cost correspond a high outflow and vice versa. The Mean Oil Outflow is evaluated with the probabilistic methodology proposed by the INTERTANKO to IMO. The assessment of mean oil outflow, by a non dimensional parameter, supposes the event of grounding and/or collision resulting in bottom and side damage respectively. In estimating the cost two models are used performing a comparison of their effects on the final values of principal dimension. In addition, for the balance procedure, five hull weight models are tested and analyzed the impact on the form and distribution of Pareto frontier. A genetic algorithm is implemented to search the optimal design parameters and identify non-dominated frontier of Pareto. The algorithm is tested with four test functions found in the technical literature. The test functions selected are convex, non convex, discontinuing and one with four restrictions. The implementation shows similar results with those showed in others papers. A Suezmax, an Aframax, and a Panamax ships are used as case study in order to compare the gotten results by the implemented program. One additional goal of this work is to expose to naval community the usefulness and effectiveness of the genetic algorithm in the Multi-Objective design. The emphasis of this paper is on methodology of design implemented and is suggested for preliminary ship design.

A rapidez da passagem do estágio da bancada para a produção industrial, a rentabilidade econômica do projeto e o custo de investimento da implantação do projeto proposto são medidas da eficiência no desenvolvimento de processos químicos. Com o projeto de experimentos obtém-se uma redução de custo na etapa da experimentação, pela redução no número de experimentos, além de permitir um projeto de um produto com custo e qualidade otimizados. Neste trabalho, o projeto experimental ótimo é aplicado a dados experimentais da reação de interesterificação química da estearina de palma com óleo de linhaça. A gordura obtida pela reação de interesterificação é uma gordura isenta de gorduras trans e possui características nutricionais interessantes devido ao óleo de linhaça, que é a maior fonte do ácido graxo alfa-linolênico, um ácido graxo da família ômega-3. Os dados experimentais são utilizados para desenvolver modelos matemáticos aos quais é aplicada a otimização. Com isto, são previstos pontos ótimos, que são testados. Novos experimentos são realizados na vizinhança dos pontos ótimos. São aplicados os critérios de projeto experimental ótimo D-ótimo e G-ótimo para propor novas condições para a realização de experimentos. Uma vez obtidos estes pontos eles são adicionados aos modelos iniciais para a obtenção de novos parâmetros e é aplicada uma nova etapa de otimização. Nesta metodologia, a cada etapa são desenvolvidos e otimizados modelos matemáticos a partir dos dados experimentais, feita a verificação do ponto ótimo pela realização de experimentos e se esta não é confirmada, são aplicados os critérios de projeto experimental ótimo para a geração de novos pontos que trazem a melhor informação para ser adicionada aos modelos matemáticos. Este procedimento é repetido até a validação do ótimo. Neste trabalho são feitas duas iterações da metodologia onde pode ser observado a melhora de resultados obtidos a cada iteração. / The speed at which a process goes from laboratory to industrial scale, the economic rentability of the final project and the investment cost of the proposed project are measures of the efficiency in the development of chemical processes. With the experimental design a reduction of cost in the stage of the experimentation is obtained, by the reduction in the number of experiments, leading to the project of a product with optimum cost and quality. In this work, the application of optimal experimental design to data of the chemical interesterification reaction of palm stearin with linseed oil is presented. The fat produced by the interesterification reaction is free of trans fatty acid and has intreresting nutricionals characteristics due the linseed oil, which is the most important source of alpha-linolenic fatty acid, a omega-3 family fatty acid. The experimental data are used in order to develop mathematical models to which optimization is applied. New experiments, in the vicinity of the predicted optima, are performed and experimental optimal design, D-optimal and G-optimal, is applied in order to generate new conditions for experiments. Once these points are obtained, they are added to the initial models in order to obtain new parameters to which a new stage of optimization is applied. In this methodology, at each stage, mathematical models are developed and optimized from the experimental data and the optima are verified experimentally, and if they are not confirmed, the criteria of optimal experimental design is applied for the generation of new points that bring the best information to be added to the mathematical models. This procedure is repeated until the validation of the optimum. In this work two iterations of the methodology are implemented and the improvement of the results can be observed at each iteration.

Orientador: Nancy Lopes Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-10T10:07:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zambom_AdrianoZanin_M.pdf: 5665938 bytes, checksum: c420b9bb8c5b861a4f0fb73c3bee30c1 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O objetivo deste estudo 'e encontrar a melhor trajetória para um veiculo autônomo que tem que se locomover de um ponto A 'a um ponto B na menor distancia possível evitando os possíveis obstáculos fixos entre esses pontos. Além disso, assumimos que existe uma distância segura r para ser mantida entre o veículo e os obstáculos. A locomoção do veículo não 'e fácil, isto 'e, o veículo não pode fazer movimentos abruptos e a trajetória tem que seguir uma curva suave. Obviamente, se não ha obstáculos, a melhor rota é uma linha reta entre A e B. Neste trabalho propomos um método não paramétrico de encontrar o melhor caminho. Se ha erro de medida, um estimador estocástico consistente 'e proposto no sentido de que quando o numero de observações aumenta, a trajetória estocástica converge para a determinística / Abstract: The objective of this study is to find a smooth function joining two points A and B with minimum length constrained to avoid fixed subsets. A penalized nonparametric method of finding the best path is proposed. The method is generalized to the situation where stochastic measurement errors are present. In this case, the proposed estimator is consistent, in the sense that as the number of observations increases the stochastic trajectory converges to the deterministic one. Two applications are immediate, searching the optimal path for an autonomous vehicle while avoiding all fixed obstacles between two points and flight planning to avoid threat or turbulence zones / Mestrado / Mestre em Estatística

Orientadores: Jose Mario Martinez Perez, Sandra Augusta Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-10T09:09:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Trevisan_AndreLuis_M.pdf: 869874 bytes, checksum: 5ebe5dc00f3b02ab307c84261e94ff4d (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho aborda o problema de Otimizaçâo do Valor Ordenado e tem por objetivo investigar o papel desempenhado pelas estratégias de ordenação, com vistas a aplicações na área de avaliação de risco. São apresentados alguns métodos clássicos de ordenação, bem como algoritmos e adaptações para determinar o elemento que ocupa uma dada posição num vetor. Por meio de experimentos numéricos, foi possével comparar o desempenho desses métodos e verificar qual mostrou-se mais eficiente para o problema de determinação de uma dada estatística de ordem / Abstract: This paper deals with the Order-Value Optimization problem and it aims to investigate the role played for the sorting strategies, with sights the applications in the area of risk evaluation. Some classic methods for sorting are presented, as well as algorithms and adaptations to determine the element that occupies a given position in a vector. Throughout numerical experiments, it was possible to compare the performance of these methods and to verify which of them revealed more efficient towards the problem of determination of a given order statistics / Mestrado / Otimização / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: Vera Lucia da Rocha Lopes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-10T13:27:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ciappina_JussaraRodrigues_M.pdf: 1299723 bytes, checksum: 473913fb8e57df7b80d0615902c1f967 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Neste trabalho, tratamos de métodos de busca direta para minimização irrestrita de uma função de n variáveis a valores reais. Alem de serem derivative-free, métodos que não calculam derivadas, os métodos de busca direta não fazem uso de aproximações das derivadas nem do valor explicito da função nas suas operações. Nesta classe, abordamos um método baseado no simplex proposto por Paul Tseng em 1999, conhecido por método FDSS (Fortified-Descent Simplicial Search Method). Esse algoritmo usa o critério do decréscimo fortalecido e também impõe que os ângulos internos dos simplex-testes sejam maiores que uma constante positiva, para garantir resultados de convergência. Realizamos testes computacionais em problemas clássicos de minimização irrestrita e especialmente em funções diferenciáveis estritamente convexas para as quais o método de Nelder-Mead falha, quando s¿ao feitas escolhas particulares para o simplex inicial / Abstract. In this work we deal with direct search methods for the unconstrained minimization of functions from Rn to R (f : Rn 7- R). Besides being derivative free, these methods do not use approximations of the derivatives of the function and they do not use the function values in their operations. In this class, we study a method based on the simplex, proposed by Paul Tseng in 1999. His method is know as FDSS (Fortified-Descent Simplicial Search Method). This algorithm uses the fortified-descent criterion and also imposes a lower positive bound for the angles of the simplex tests, in order to have convergence results. We present computational tests made with several problems of the classical literature and specifically with differentiable strictly convex functions for which the Nelder-Mead method does not converge for some particular choices of the initial simplex / Mestrado / Otimização Matematica / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: Jose Luiz Boldrini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-10T14:04:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_AndersonLuisAlbuquerquede_M.pdf: 835300 bytes, checksum: 26817c8db069e82f056a44e0e6ebd1d5 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Neste trabalho, consideramos um problema de controle ótimo governado por uma equação diferencial parcial parabólica, que modela o crescimento e a difusão de uma população de mosquitos em uma certa região do plano. Para este modelo relativamente simples, mostramos a existência de uma trajetória ótima a ser seguida por uma unidade volante de pulverização de inseticida, no sentido de minimizar um certo funcional que leva em conta a população total de mosquitos bem como os custos da operação. Caracterizamos também tais trajetórias (controles) ótimas pela derivação de suas respectivas condições de otimalidade de primeira ordem. Para isso, usamos o formalismo de Dubovitskii e Milyutin, o qual está baseado na separação de certos cones associados ao funcional a ser minimizado e ás restrições do problema, incluindo a equação. Também analisamos o problema do ponto de vista do método de penalização / Abstract: In this work, we consider an optimal control problem governed by a parabolic partial differential equation, which models the growth and diffusion of a mosquito population in a certain region of the Euclidean plane. For this relatively simple model, we show the existence of an optimal trajectory to be followed by a insecticide spraying device, in the sense of minimizing a certain functional that takes in consideration both the the total mosquito population and the operational costs. We also characterize such optimal trajectories (controls) by deriving their respective first order optimal conditions. For this, we use the Dubovitskii and Milyutin formalism, which is based on the separation of certain cones associated to the functional to be minimized, and to the restrictions of the problem, including the equation. We also analyze the problem from the point of view of the penalization method / Mestrado / Analise Matematica / Mestre em Matemática

Um método híbrido aplicado é proposto para um problema inverso que trata de uma cavidade tridimensional preenchida com meio transparente. As paredes são assumidas cinza e difusas, e o único mecanismo de transferência de calor presente é a radiação térmica. É um caso idealizado, mas que encontra ampla aplicação em sistemas de engenharia. Prescrevem-se duas condições de contorno na base da cavidade – temperatura e fluxo de calor – e, para satisfazêlas, buscam-se o fluxo de calor e a distribuição espacial dos aquecedores. Na superfície superior, que contêm os aquecedores, nenhuma condição de contorno é imposta. Este tipo de problema, quando solucionado através de técnicas convencionais, envolve um procedimento de tentativa e erro, que, além de demandar um elevado tempo computacional, conduz a resultados pouco precisos. Na análise inversa, opta-se por otimização ou pela aplicação de um método de regularização, pois o problema resultante é mal condicionado por envolver a equação integral de Fredholm de primeira espécie. Neste trabalho, optou-se por acoplar otimização e regularização como uma alternativa baseada no emprego distinto dessas duas formas de abordagem. A tarefa de busca por posições para os aquecedores ficou por conta do método da Otimização Extrema Generalizada, enquanto o método de regularização da Decomposição em Valores Singulares Truncada calcula o fluxo de calor dos aquecedores para cada configuração gerada pelo processo de otimização. A aplicação da técnica híbrida conduziu a resultados mais precisos do que aqueles que normalmente se obtêm apenas com regularização, reduzindo consideravelmente o tempo computacional da solução baseada apenas na otimização. / This work considers the inverse analysis in a three-dimensional rectangular enclosure with diffuse-gray surfaces. The locations and powers of the heaters sources are left unconstrained and two conditions are imposed on the design surface – uniform heat flux and temperature distributions. The solution to this kind of problem by conventional techniques is possible only with trial-and-error procedure and in this case, the forward solution will be run oftentimes without guarantee to find out a good answer. The aim is determine the powers and locations of the heaters to attain both uniform heat flux and temperature on the design surface. A new solution procedure – termed hybrid solution – which couples two methods, the Generalized Extremal Optimization (GEO) and the Truncated Singular Value Decomposition (TSVD) is proposed. The search of locations is treated as an optimization problem, by GEO algorithm, whereas the solution of the system equation, that embodies the Fredholm integral equation of first kind and, therefore, is expected to be ill-conditioned, is build up through a TSVD regularization method. The hybrid method provides better results than TSVD and, when compared with GEO, reduces the computational time substantially.

O desenvolvimento e aperfeiçoamento de métodos de otimização são pontos de profundo interesse em todas as áreas de pesquisa. Tais técnicas muitas vezes envolvem a aquisição de métodos de controle novos ou melhores, o que está diretamente ligado a duas tarefas importantes: a escolha de formas eficientes de monitoramento do processo e a obtenção de modelos confiáveis para a variável de interesse a partir de dados experimentais. Graças às suas diversas vantagens, os sensores óticos vêm sendo amplamente aplicados na primeira tarefa. Uma vez que é possível a utilização de vários tipos de espectroscopia através deste tipo de sensor, modelos capazes de lidar com dados espectrais estão se tornando cada vez mais atraentes. A segunda tarefa, por sua vez, depende não só de quais preditores são utilizados na construção do modelo, mas também de quantos. Como a qualidade do modelo depende também do número de variáveis selecionadas, é importante desenvolver métodos que identifiquem aqueles que explicam o máximo possível da variabilidade dos dados. O método de otimização Colônia de Formigas (ACO) aparece como uma ferramenta bastante útil na seleção de variáveis, podendo-se encontrar muitas variações desse algoritmo na literatura. O propósito deste trabalho é desenvolver métodos de seleção de variáveis com base no algoritmo ACO, conceitos estatísticos e testes de hipóteses. Para isso, diversos critérios de decisão foram implementados nas etapas do algoritmo referentes à atualização de trilha de feromônios (C1) e à seleção de modelos (C2). A fim de estudar estas modificações, foram realizados dois estudos de caso: o primeiro na área de bioprocessos e o segundo na área de caracterização de alimentos. Ambos os estudos mostraram que, em geral, os modelos com menores erros são obtidos utilizando-se métricas dos componentes do modelo, tal como o tamanho do intervalo de confiança de cada parâmetro e o teste-t de hipóteses. Além disso, a modificação do critério de seleção de modelos parece não interferir significativamente no resultado final do algoritmo. Por último, foi feito um estudo da aplicação dessas versões do ACO no campo de caracterização de combustíveis, mais especificamente diesel, associando-se duas análises espectroscópicas para predição do conteúdo de enxofre. Algumas das versões desenvolvidas mostraram-se superior ao algoritmo ACO utilizado como base para este trabalho, proposto por Ranzan (2014), e todas os versões forneceram melhores resultados na quantificação de enxofre que aqueles obtidos por PCR. Dessa forma, comprova-se a potencialidade de métricas implementadas no algoritmo ACO, associadas à espectroscopia, na seleção de preditores significativos. / The development and improvement of optimization methods are points of deep interest in all areas of research. These techniques are often related to the acquisition of new or better control methods, which are directly attached to two importante tasks: choosing efficient forms of process monitoring and obtaining reliable models for the monitored variable from experimental data. Due to their several advantagens, optical sensors are being widely applied in the first task. Since several types of spectroscopy are possible through this type of sensor, models capable of dealing with spectral data are becoming increasingly attractive. The second task depends not only on which predictors are used in the model, but also on how many. Since the quality of the model depends on the number of selected variables, it is important to develop methods that identify those that explain the greater amount of data variability as possible, without compromising the reliability of the model. The Ant Colony Optimization is an important tool for variable selection, being possible to find a lot of variations of this method in literature. The purpose of this work is to develop a method of variable selection based on the Ant Colony Optimization (ACO) algorithm, statistical concepts and hypothesis testing. For this purpose, several decision criteria for trail update (C1) and model selection (C2) were implemented within the routine. In order to study these modifications, two case study was conducted: one related to bioprocess monitoring and another one envolving the characterization of food products. Both studies showed that, in general, the models with the lowest errors were obtained through the use of model component metrics, such as the length of the confidence interval associated with each parameter and the t hypothesis test. Besides, the modification of the model selection criterion doesn’t seem to affect the algorithm final result. Finally, the aplicattion of these methods in the field of fuels characterization, specifically diesel fuel, was studied, associating two spectroscopical analyses in order to predict the sulfur content. Some of the new developed methods appeared to be better than the ACO algorithm used as basis in this work, proposed by Ranzan (2014), and all methods showed better results than those from the models constructed by PCR. Thus, it is proved the high potencial of using different metrics within ACO algorithm, associated with spectroscopy, in order to select significative predictors.