Orientador: Christiano Lyra Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-25T13:52:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tao_WelfaneKemil_M.pdf: 5537070 bytes, checksum: daa47ae9abdc3c330e9d2f1c0deea02e (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Esse trabalho trata o problema da minimização das perdas em sistemas de distribuição de energia elétrica. Considerando a restrição da operação radial da rede de distribuição, o problema pode ser formulado como uma generalização da árvore recobridora de custo mínimo. A solução de mínimas perdas é obtida em duas etapas. A restrição de radialidade é relaxada na primeira etapa, obtendo-se uma solução otimista para o problema. Na segunda etapa, utiliza-se uma estratégia de busca para encontrar a solução ótima global factível do problema, guiada pelas informações da solução otimista. A solução otimista é obtida através de técnicas de otimização de fluxos não lineares em redes. A estratégia de busca usa procedimentos da área de inteligência artificial. Técnicas de processamento paralelo auxiliam a obtenção mais rápida da solução ótima / Abstract: This thesis addresses the problem of loss minimization for electric energy distribution system. As distribution networks operates radially, the problem can be formulated as a generalization of minimum spanning tree problem. The minimum loss solution is obtained in two steps. The constraint of radial operation is relaxes in the first step, leading to an optimistic solution. Information from optimistic solution is used to guide search strategies for obtain the optimal feasible solution. Non-linear network flow methods are adopted to find the optimistic solution. The search strategies is based on concepts from the field of artificial intelligence. Parallel processing speeds the search of optimal solution / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Secundino Soares Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-25T15:14:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santana_GilsonCandido_D.pdf: 15298800 bytes, checksum: d5213b738ebbd578b4ccadbf7704c80f (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: No presente trabalho, foi desenvolvido um modelo de otimização para a operação de sistemas de distribuição de água abastecidos por múltiplas estações de bombeamento e múltiplos reservatórios de regularização. As dificuldades para alcançar um modelamento adequado e a excessiva simplificação dos modelos usuais, têm retardado o surgimento de soluções práticas mais adequadas ao dimensionamento e operação de sistemas de distribuição de água. Neste trabalho, é apresentada uma proposta para contemplar múltiplas fontes de abastecimento utilizando-se as curvas das bombas, de modo a adequar a solução do equilíbrio hidráulico da rede quando se consideram, somente, as equações de balanço de massa de cada nó. Para variáveis de decisão do modelo de otimização são consideradas o número de bombas em operação, em paralelo, e o nível da água nos reservatórios de regularização, para cada intervalo de tempo ao longo do dia. A operação dos reservatórios é garantida através das válvulas de controle. O modelo se baseia em um problema de programação não linear misto, resolvido através de um algoritmo de ramificação e avaliação, que encontra a solução inteira para o número de bombas partindo de uma solução otimizada relaxada. As restrições de limitação de pressões e velocidades foram incorporadas à função objetivo pela técnica do Lagrangiano aumentado. O problema de otimização resultante de uma proposta de penalização é resolvido através de um algoritmo de gradiente reduzido generalizado. Na determinação dos gradientes foi utilizado um tratamento analítico rigoroso... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: In the present work it was developed an optimization model to water distribution systems operation, supplied by multiple pump stations and multiple reservoirs regulation. The difficulties to reach an appropriate modelling and the excessive simplification of the models have been delaying the appearance of practical solutions more adapted to dimensioning and operation of water distribution systems. This work present a model to contemplate multiple supply sources using the pump curves to adequate hydraulic network balance when considering only mass balance node equations. For decision variables are considered the simultaneous number of pumps operating and the reservoirs levei at each time interval along the day. The operation of the reservoirs is guaranteed through the control valves. The model is based on a mixed non-linear programming problem, managed through a "branchand-bound" type algorithm to find the pump number integer solution. The constraints were incorporate to the objective function through the Augmented Lagrangian approach. An appropriated management algorithm solves the penalty problem. The optimization resulted problem by a proposed penalty is solved through a reduced gradient algorithm... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Christiano Lyra Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-25T19:24:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_MarcosFabioNobregada_M.pdf: 5953099 bytes, checksum: 8ffa825d7b121106adf6cb5400d1ac28 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Este trabalho adota uma abordagem de computação evolutiva para encontrarmos a configuração de mínimas perdas de uma rede de distribuição de energia elétrica radial. O principal elemento da busca é um Algoritmo Genético, meta-heurística que imita os processos evolutivos naturais. A partir de população de indivíduos gerada aleatoriamente, a adequação média das gerações subseqüentes de indivíduos é melhorada através de mecanismos de Seleção, Cruzamento e Mutação. Uma importante característica dos Algoritmos Genéticos é a forte atração para ótimos locais com a perda da diversidade. Para escapar destas soluções, foram implementadas estratégia de diversificação inspiradas em Busca Tabu e Cruzamentos Baseados em Comportamento. A incorporação de busca local heurística explora conhecimento específico sobre o problema, sendo utilizada juntamente com procedimento de diversificação para preservação de níveis mínimos de diversidade. Resultados sobre redes reais de médio e grande porte são apresentados / Abstract: The present work adopts an evolutionary computation approach to reach the minimum loss configuration of a radial power distribution network. The main element of the search is a Genetic Algorithm, meta-heuristic that imitates the natural evolutive process. Starting with a random-generated population, the mean fitness of successive generations is increased through Selection, Crossover and Mutation mechanisms. One important feature of Genetic Algorithms is the strong attraction to local optimal solutions. To escape from these solutions, we implemented a diversification strategy inspired in Tabu Search and Behavior-Based Crossovers. The incorporation of heuristic local search, that explores specific knowledge of the problem domain, is added to the diversification procedure to preserve a minimum level of diversity. Results for real, medium, and large distribution networks are discussed. / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Maria Campos dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T00:48:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CcasaInfantes_JohnElmer_M.pdf: 9429795 bytes, checksum: 18abb9ad15d84ebf09c98dc23f1b4817 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo:O presente trabalho trata do ajuste de modelos de elementos finitos aplicado a estruturas tipo viga. O modelo é ajustado utilizando-se duas técnicas iterativas de estimação de parâmetros: o método da função objetivo e o método da variância mínima. No primeiro caso a correlação é melhorada através de uma função objetivo que envolve a soma dos quadrados da diferença entre os dados medidos e os estimados. No segundo caso a correlação é melhorada incorporando o conhecimento estatístico através da introdução de matrizes variância. Uma formulação de sensitividade é usada para determinar as derivadas dos autovalores e autovetores em relação aos parâmetros. Dois exemplos usando dados pseudo experimentais, e reais são apresentados a fim de ilustrar as potencialidades dos métodos. O primeiro exemplo consiste de uma viga cujas rigidezes no engaste são considerados como parâmetros a ajustar - caso sobredeterminado. No mesmo exemplo analisa-se o caso subdeterminado sendo que desta vez as rigidezes a flexão de cada elemento da viga discretizada são os parâmetros a ajustar. No segundo exemplo uma viga real ngastada é utilizada onde os dados modais do modelo experimental foram obtidos medindo-se 10 funções de resposta em freqüência / Abstract: The present work explore the finite element model update applied to a beam like structure. The model is refined by using two parameter estimation iterative techniques: objective function method and minimum variance method. In the first case the correlation is improved through an objective function that involves the sum of the squares of the difference between the measured data and the ca1culated ones. In the second case the correlation is improved incorporating the statistical knowledge by introducing the variance matrix. A sensitivity formulation is used to determine the derivative of the eigenvalue and eigenvector related to the parameters. In order to illustrate the potentialities of the methods two examples using experimental pseudo and real datas are presented. The first example consist of a clamped beam whose rigidities in the clamped are considered as parameters to adjust - case over-determined. In the same example it is analyzed a under-determined case, but at that time the flexural rigidity in each beam element are the parameters to be adjusted. In the second example a real clamped beam is used, were the modal data are obtained from 10 frequency response functions / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Aparecida Diniz Ehrhardt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:58:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedroso_LucasGarcia_M.pdf: 616441 bytes, checksum: b314a810dc572cc94a90a6a4f92121b5 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho, voltamos nossa atenção para estratégias de busca direta, que são métodos de minimização que não fazem uso de derivadas ou de suas aproximações. Abordamos um algoritmo proposto por Lucidi e Sciandrone para problemas irrestritos, que usa um critério de decréscimo suficiente para garantir convergência global, no sentido que todo ponto de acumulação da seqüência de aproximações para o minimizador é um ponto estacionário do problema. Tal algoritmo mescla dois diferentes tipos de métodos de busca direta, a saber, busca linear e busca padrão, com o propósito de aproveitar as vantagens de cada estratégia. Motivados pelos interessantes resultados teóricos deste trabalho, realizamos alguns testes computacionais, especialmente em problemas clássicos de minimização irrestrita / Mestrado / Otimização / Mestre em Matemática Aplicada

Orientadores: Marko Antonio Rojas Medar, Francisco Guillen Gonzalez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:26:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_FranciscoPauloMarques_D.pdf: 884224 bytes, checksum: 86ca0f1458af3355beee2bde5fccec8e (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho abordaremos basicamente três problemas de controle sujeitos a equações diferencias parciais. O primeiro problema a ser tratado é um sistema distribuído governado por um modelo de solidificação de um líquido puro, o segundo é um sistema distribuído governado pelas equações de Navier - Stokes e o terceiro é um problema de controle com vários objetivos locais mais um objetivo diferente associado a um controle global. Nos dois primeiros problemas, apresentaremos as condições necessárias de otimalidade local via, o assim chamado, formalismo de Dubovitskii e Milyutin; além disso, apresentaremos alguns resultados sobre os equilíbrios de Nash e de Pareto para os problemas de otimização vetorial associados aos problemas com multiobjetivos. Para finalizar, usaremos alguns resultados da teoria de equações parabólicas e da análise funcional para mostrar a existência de um equilíbrio do tipo Stackelberg - Nash para o terceiro problema / Abstract: In this work we will investigate basically three control problems subject to partial diferential equations. The first problem to be treated is distributed system governed by a model for solidification of a pure liquid; the second is a distributed system governed Navier - Stokes equations and the third, one is control problem with several local objectives plus a diferent objective associated to a global control. In the first two problems, we will present necessary conditions of local optimality via, the so called, formalism of Dubovitskii and Milyutin; besides, we will introduce some results on the equilirio of Nash and Pareto for the vector problems optimization associated with the problems case multiobjetive. To conclude we will use some results of the theory of parabolic equations and the functional analysis to show the existence of an equilibrio of the type Stackelberg - Nash for the third problem / Doutorado / Matematica / Doutor em Matemática

Orientadores: Marcia A. Gomes Ruggiero, Vera Lucia da Rocha Lopes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-04T14:53:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ToledoBenavides_JuliaVictoria_D.pdf: 2835915 bytes, checksum: 1b77270a65a21cc42d9aa81819e4acc4 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho, apresentamos um método de Newton inexato através da proposta de uma nova escolha para o termo forçante. O método obtido é globalizado através de uma busca linear robusta e suas propriedades de convergência são demonstradas. O passo de Newton inexato é obtido pela resolução do sistema linear através do método GMRES com recomeços, GMRES(m). Em testes computacionais observamos a ocorrência da estagnação em GMRES(m) e um acréscimo inaceitável na norma da função nas primeiras Iterações do método. Para contornar estas dificuldades são propostas estratégias de implementação computacional simples e que não exigem alterações internas no algoritmo do GMRES, possibilitando a interação com softwares já disponíveis. Exaustivos testes numéricos foram realizados, os quais nos permitiram concluir que a proposta para o termo for¸cante e as estratégias introduzidas foram bem sucedidas, resultando em um algoritmo robusto, com propriedade de convergência global e taxa superlinear de convergência / Abstract: In this work it is presented an inexact Newton method by a new choice for the forcing term. A globalization of the new method is done by introducing a robust line search strategy. Convergence properties are proved. The inexact Newton step is obtained through the restarted GMRES, GMRES (m), applied for solving the linear systems. Numerical experiments showed a stagnation of the GMRES (m) and also an occurrence of a great increase in the norm of the function at the initial iterations. Some strategies were proposed to avoid these drawbacks. These strategies are characterized by their simplicity of implementation and also by the fact that they do not need internal modifications of the GMRES algorithm. So, the interaction with available softwares are trivial. A bunch of numerical experiments were performed. With them it can be concluded that the new choice for the forcing term and the strategies incorporated in the algorithm were successfull. The resulting algorithm is then robust and has global convergence property with supelinear convergence rate / Doutorado / Doutor em Matemática Aplicada

Este trabalho consiste na elaboração de uma estratégia para a geração de trajetórias otimizadas para um robô cilíndrico de cinco graus de liberdade acionado pneumaticamente. Como resultado da aplicação do método desenvolvido obtêm-se as trajetórias no espaço das juntas que resultam no movimento adequado do efetuador do robô, de acordo com algum critério de otimização. Para a obtenção das trajetórias das juntas do robô a partir de uma dada trajetória desejada para o efetuador, resolveu-se o problema de cinemática inversa por meio de uma abordagem algébrica. Para a geração de trajetórias entre os pontos no espaço de trabalho do robô propõe-se a utilização de um algoritmo de aproximação de pontos através de splines compostas por polinômios de sétimo grau. Essa escolha garante a continuidade da função de posição, bem como de suas três primeiras derivadas, sendo essa uma condição necessária para a implantação de importantes leis e estratégias de controle (como, por exemplo, a estratégia em cascata, utilizada com sucesso no controle de sistemas servopneumáticos). O método proposto para a geração de splines possibilita, através do ajuste de parâmetros em função da exigência de cada aplicação, a obtenção de curvas no espaço das juntas com valores otimizados de jerk, aceleração ou velocidade. Para aplicação na geração de trajetórias para o robô, a interpolação dos pontos é realizada no espaço dos atuadores a fim de fornecer ao controlador as curvas de referência para posição, velocidade, aceleração e jerk. Para a demonstração da aplicação do método no seguimento de trajetórias, são utilizadas como referência curvas tridimensionais cujos valores numéricos são comparados com os resultados fornecidos a partir da metodologia proposta. Assim, uma vez calculadas as trajetórias em cada uma das juntas através da cinemática inversa, utiliza-se as transformações homogêneas da cinemática direta do robô, obtidas a partir do método de Denavit-Hartenberg, para obter a trajetória do efetuador e verificar a funcionalidade do modelo resultante. / This work consists of developing a strategy to generate optimized trajectories for a cylindrical robot with five degrees of freedom which is actuated pneumatically. As a result of the application of the developed method, trajectories in joint space are obtained and result in the proper motion of the robot’s end-effector according to a given optimizing criteria. In order to obtain the trajectories of the robot’s joints from a given desired trajectory for the end-effector, the problem of inverse kinematics was solved by an algebraic approach. To generate trajectories between points in the robot’s workspace it was proposed the use of an algorithm for approximation of points through splines composed by seventh degrees polynomials. This choice ensures the continuity of the position function as well as its first three derivatives. It is a necessary condition for the implementation of important laws and control strategies (for example, the cascade strategy which is successfully used in servo-pneumatic control systems). The proposed method to generate splines allows, through the adjustment of parameters taking into account the requirements of each application, the obtainment of curves in the joint space with optimized values of jerk, acceleration and speed. In order to apply the method in the generation of trajectories for the robot, the interpolation of the points is performed in the space of the actuators with the purpose of providing the controller reference curves for position, speed, acceleration and jerk. To demonstrate the application of the method in trajectory tracking, three-dimensional curves are used and their numerical values are compared with the results provided by the proposed methodology. Therefore, once the calculated trajectory in each joint through inverse kinematics is obtained, homogeneous transformations of the direct kinematics of the robot, obtained by Denavit-Hartenberg’s method, are employed to find out the trajectory of the end-effector and verify the functionality of the resulting model.

Otimização estrutural é uma área relativamente nova que vem sendo cada vez mais explorada. Existem muitos métodos clássicos, e outros mais recentes vem surgindo para disputar em eficiência, confiabilidade e rapidez na obtenção de um resultado ótimo. Os algoritmos são classificados em algoritmos determinísticos, que utilizam a informação do gradiente, ou seja, usam os valores das funções e suas derivadas, e os meta-heurísticos, algoritmos de otimização aleatórios que são métodos probabilísticos não baseados em gradiente, ou seja, usam somente a avaliação da função objetivo. São apresentados dois algoritmos meta-heurísticos relativamente recentes: o Harmony Search, baseado na improvisação musical em busca da harmonia perfeita, e o Firefly Algorithm, que é inspirado no comportamento da luz dos vagalumes. Vários exemplos clássicos de treliças 2-D e 3-D considerando otimização paramétrica e de forma, com restrições de tensão, deslocamento, flambagem e frequência natural, são apresentados para demonstrar a eficiência dos métodos. Os resultados são comparados aos de outros autores usando diferentes métodos encontrados na literatura. Os resultados indicam que os algoritmos de otimização estudados neste trabalho são melhores ou tão eficientes quanto os demais. Por fim, os métodos são aplicados à estrutura de um projeto de engenharia adaptado. / Structural optimization is a relatively new area that has been increasingly exploited. There are many classical methods, and newer are emerging to compete on efficiency, reliability and speed in obtaining an optimal result. The algorithms are classified into deterministic algorithms, which use the gradient information, i.e., use the values of the functions and their derivatives, and meta-heuristic algorithms, random optimization methods which are probabilistic methods not based on gradient, i.e., they use only objective function evaluation. Two relatively recent meta-heuristics algorithms are presented, Harmony Search, based on musical improvisation in search of the perfect harmony, and Firefly Algorithm, which is inspired by the behavior of the light of fireflies. Several benchmarks of 2-D and 3-D trusses considering size and shape optimization, with stress, displacement, buckling and natural frequency constraints, are presented to demonstrate the effectiveness of the methods. The results are compared to the others authors using different methods found in the literature. The results indicate that optimization algorithms studied in this work are better than or as efficient as others. Finally, the methods are applied to the structure of an adapted engineering design.

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T23:00:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_CalianeBastosBorba_D.pdf: 3831397 bytes, checksum: 780459cd80520b443e83eb1d7dc73a62 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O foco de estudo neste trabalho é a cristalização, processo bastante utilizado industrialmente, principalmente na obtenção de produtos de alto valor agregado nas indústrias farmacêuticas e de química fina. Embora seja um processo de clássica utilização, seus mecanismos, sua modelagem e o real controle de sua operação ainda requerem estudos. A tese apresenta discussões e desenvolvimentos na área de modelagem determinística detalhada do processo e sua otimização, tanto por métodos determinísticos quanto estocásticos. A modelagem é discutida detalhadamente e os desenvolvimentos presentes na literatura de métodos numéricos aplicáveis à solução do balanço de população, parte integrante da modelagem, são apresentados com enfoque nos processos de cristalização e nas principais vantagens e desvantagens. Estudos preliminares de melhoria do processo de cristalização em modo batelada operada por resfriamento indicam a necessidade de otimização da política operacional de resfriamento. Uma vez que o método determinístico de otimização de Programação Quadrática Sucessiva se apresenta ineficiente para resolução do problema de otimização, a utilização de Algoritmo Genético, um método estocástico de otimização bastante estabelecido na literatura, é avaliada, para a busca do ótimo global deste processo, em um estudo pioneiro na literatura de aplicação dessa técnica de otimização em processos de cristalização. Uma vez que o uso de Algoritmos Genéticos exige que se executem sucessivas corridas com diferentes valores para os seus parâmetros no intuito de se aumentar a probabilidade de alcance do ótimo global (ou suas cercanias), um procedimento original, geral e relativamente simples é desenvolvido e proposto para detecção do conjunto de parâmetros do algoritmo de influência significativa sobre a resposta de otimização. A metodologia proposta é aplicada a casos de estudo gerais, de complexidades diferentes e se mostra bastante útil nos estudos preliminares via Algoritmo Genético. O procedimento é então aplicado ao problema de otimização da trajetória de resfriamento a ser utilizada em um processo de cristalização em modo batelada. Os resultados obtidos na tese apontam para a dificuldade dos métodos determinísticos de otimização em lidar com problemas de alta dimensionalidade, levando a ótimos locais, enquanto os métodos evolucionários são capazes de se aproximar do ótimo global, sendo, no entanto, de lenta execução. O procedimento desenvolvido para detecção dos parâmetros significativos do Algoritmo Genético é uma contribuição relevante da tese e pode ser aplicado a qualquer problema de otimização, de qualquer complexidade e dimensionalidade / Abstract: This work is focused on crystallization, a process widely used in industry, especially for the production of high added-value particles in pharmaceutical and fine chemistry industries. Although it is a process of established utilization, its mechanisms, modeling and the real control of its operation still require research and study. This thesis presents considerations and developments on the detailed deterministic modeling area and the process optimization with both deterministic and stochastic methods. The modeling is discussed in detail and the literature developed numerical methods for the population balance solution, which is part of the modeling, are presented focusing on crystallization processes and on the main advantages and drawbacks. Preliminary studies on batch cooling crystallization processes improvement drive to the need of cooling operating policy optimization. Since the Sequential Quadratic Programming deterministic method of optimization is inefficient for the optimization problem, the use of Genetic Algorithm (GA), a stochastic optimization method well established in literature, is evaluated in the global optimum search for this process, in a pioneering literature study of GA application in crystallization processes. Since the GA requires that many runs, with different values for its parameters, are executed, in order to increase the probability of global optimum (or its neighborhood) achievement, an original, general and relatively simple procedure for the detection of the parameters set with significant influence on the optimization response is developed and proposed. The proposed methodology is applied to general case studies, with different complexities and is very useful in the preliminary studies via GA. The procedure is, then, applied to the cooling profile optimization problem in a batch cooling optimization process. The results of the study presented in this thesis indicate that the deterministic optimization methods do not deal well with high dimensionality problems, leading to achievement of local optima. The evolutionary methods are able to detect the region of the global optimum but, on the other hand, are not fast codes. The developed procedure for the significant GA parameters detection is a relevant contribution of the thesis and can be applied to any optimization problem (of any complexity and of any dimensionality) / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química