Esta dissertação apresenta a utilização de ontologias como um primeiro passo em direção à interoperabilidade, no nível semântico, entre agentes de diferentes domínios. O contexto de aplicação é um portal educacional chamado PortEdu. Este portal fornece a infra-estrutura e suporte para ambientes de aprendizagem baseados em agentes. O foco deste trabalho é em um agente específico, o agente social, no qual são acrescentadas todas as funcionalidades necessárias para que ele possa interagir com agentes fora de seu contexto. O agente social pertence a um ambiente de aprendizagem multi-agente projetado para apoiar o treinamento do raciocínio, diagnóstico e modelagem de domínios de conhecimento incerto e complexo, como a área médica. Esse ambiente de aprendizagem chama-se AMPLIA. O conhecimento do agente social é modelado através de redes bayesianas, as quais possibilitam ao agente representar seu conhecimento probabilístico e tomar decisões através dele. A representação através de redes bayesianas não foi desenvolvida para ser utilizada no processo de comunicação com outros agentes, o que dificulta a interoperabilidade do agente social com os demais agentes do portal educacional, no qual os ambientes de ensino aprendizagem encontram-se ancorados. A abordagem proposta para fornecer interoperabilidade amplia a arquitetura do agente social possibilitando-o representar seu conhecimento probabilístico através de OWL (Web Ontology Language) e também sua comunicação com agentes externos através de FIPA-ACL (Foundation for Intelligent Physical Agents – Agent Communication Language), linguagem para comunicação utilizada no PortEdu. A OWL não foi projetada para representar incerteza, sendo assim, também foi desenvolvida uma estrutura para possibilitar tal representação em OWL. / This dissertation presents the utilization of ontologies as a first step towards interoperability at the semantic level among agents of different domains. Our test bed is an Educational Portal (PortEdu). This portal provides the infra-structure and support for agent-based learning environments. We focus on a specific agent, the social agent, adding all the necessary functionality for him to interact with agents that aren’t fully aware of its context. The social agent belongs to a Multi-agent Learning Environment designed to support training of diagnostic reasoning and modeling of domains with complex and uncertain knowledge, such as the medical area. This learning environment is called AMPLIA. The knowledge of social agent is implemented with Bayesian networks, which allows the agent to represent its probabilistic knowledge and make its decisions. The representation through Bayesian networks was not designed to be used for communication with other agents, which makes it more difficult for the social agent to interoperate with the agents present in the portal. The approach proposed to supply interoperability extends the social agent’s architecture allowing the representation of his probabilistic knowledge through OWL (Web Ontology Language) and also allows this communication with external agents through FIPA-ACL (Foundation for Intelligent Physical Agents – Agent Communication Language), which is the communication language adopted in PortEdu. OWL was not designed to represent uncertain knowledge, thus, it was also developed a structure to allow such representation in OWL.

The proposed dissertation research investigates Optimization and Control for Microgrid and Power Electronic Converters. The research has two major parts: i- Microgrid Operation and Control, ii- Power Electronic Converter Control and Optimization. In the first part, three focuses are investigated. First, a completely distributed algorithm is developed for dc optimal power flow problem for power distribution systems as one of the necessary functions considered in unit-commitment problem in day-ahead markets. This method is derived based upon the partial primal-dual representation of the economic dispatch problem, which is finally translated to DC-OPF problem. Second, the optimal interaction between the utility and communities will be studied, due to its improtance in real-time markets. The objective of this section will be to develop an iterative agent-based algorithm for optimal utility-community control. The algorithm will consider the AC power system constraints to maintain power system stability. In this algorithm, a simplified model of microgrid is considered. In the third focus, a comprehensive model of microgrid is taken into account. The optimal operation of the microgrid considering energy storage systems and renewable energy resources is investigated. The interaction of such microgrids with the main grid to define the optimal operation of the entire embedded system is studied through two iterative methods. In the microgrid's internal problem, a moving-horizon algorithm is considered to define the optimal dispatch of all distributed energy resources while considering the time-correlated constraints of energy storage systems. A thorough analysis of the effects of the size of storage systems on energy and reserve market parameters are also performed. In the second part, the focus of research is to develop optimal control strategies for Power Electronic Converters. A Model Predictive Control (MPC) switching method is proposed for Modular Multilevel Converters (MMC). The optimal solution of MPC problem is then represented as an optimization problem. Due to lack of efficient algorithms to seek the optimal solution, a fast algorithm will be proposed in this research. The method proposed reduces the number of possible solutions and computation efforts dramatically.

abstract: In a collaborative environment where multiple robots and human beings are expected to collaborate to perform a task, it becomes essential for a robot to be aware of multiple agents working in its work environment. A robot must also learn to adapt to different agents in the workspace and conduct its interaction based on the presence of these agents. A theoretical framework was introduced which performs interaction learning from demonstrations in a two-agent work environment, and it is called Interaction Primitives. This document is an in-depth description of the new state of the art Python Framework for Interaction Primitives between two agents in a single as well as multiple task work environment and extension of the original framework in a work environment with multiple agents doing a single task. The original theory of Interaction Primitives has been extended to create a framework which will capture correlation between more than two agents while performing a single task. The new state of the art Python framework is an intuitive, generic, easy to install and easy to use python library which can be applied to use the Interaction Primitives framework in a work environment. This library was tested in simulated environments and controlled laboratory environment. The results and benchmarks of this library are available in the related sections of this document. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Computer Science 2017

Transições sociotecnológicas são processos de modificação e substituição de regimes sociotecnológicos, estruturas sociais que englobam sistemas tecnológicos e produtivos, bem como políticas públicas, sistemas econômicos e significados simbólicos associados. A transição sociotecnológica tem sido discutida como um caminho para o desenvolvimento sustentável, dada a possibilidade de substituição de regimes sociotecnologicos vigentes por regimes que representem menores impactos sociais e ambientais. Apesar da atenção que a transição sustentável tem recebido em anos recentes, observa-se na literatura uma lacuna no estudo da função de agência na transição. O objetivo da presente pesquisa é analisar a agência no processo de transição sociotecnológica sustentável, e a principal contribuição está na proposição de um modelo conceitual estruturado para a explicação desta agência. No desenvolvimento do modelo adotou-se a perspectiva multinível, a qual estuda a transição a partir de três diferentes níveis de análise: nicho, regime e cenário. O modelo está consolidado em três ideias centrais, que se constituíram em hipóteses de trabalho no desenvolvimento da pesquisa. Propõe-se como primeira hipótese que a agência na transição seria distribuída, resultando de uma ação coletiva do nicho. Propõe-se também como segunda hipótese de trabalho que a agência seria exercida por meio da construção pelos atores nicho de um sistema de narrativas, o qual direcionaria as expectativas dos demais atores, bem como o compromisso resultante destas expectativas. Por fim, propõe-se como terceira hipótese que expectativas e compromisso seriam continuamente ajustados pelo desempenho do sistema, e a principal medida de desempenho na transição tecnológica estaria na capacidade do nicho em desenvolver aprendizado. Adotou-se no desenvolvimento da pesquisa uma abordagem multimétodo, a partir de um posicionamento epistemológico de complexidade organizacional; outra contribuição significativa de pesquisa está no tratamento metodológico adotado no teste do modelo proposto. O modelo conceitual proposto foi operacionalizado em uma fase de pesquisa qualitativa, a partir de em análise de conteúdo de narrativas socialmente construídas, e outra quantitativa, através de modelagem computacional por meio de um sistema multiagente. Para o desenvolvimento destas fases adotou-se como objeto de pesquisa o nicho de energia eólica brasileiro, o qual se entende como uma transição em andamento dado seu expressivo crescimento recente. Na fase qualitativa de pesquisa buscou-se caracterizar os processos discursivos envolvidos em transições tecnológicas sustentáveis. Observou-se que narrativas atuaram no estabelecimento de expectativas sobre nicho tecnológico, defendendo a existência de grande potencial de geração no Brasil, e a sustentabilidade da geração de energia eólica. A caracterização de narrativas resultado da fase qualitativa de pesquisa foi adotada na fase quantitativa de pesquisa como base para o desenvolvimento do processo de modelagem e simulação. O modelo computacional foi considerado como valido dada sua capacidade de representar o processo de constituição de um nicho tecnológico, e as três hipóteses de trabalho que consolidam o modelo conceitual proposto foram testadas por meio deste modelo. Os resultados de simulação observados dão suporte à aceitação das primeira e segunda hipóteses, embora indiquem pela rejeição da terceira. A principal implicação dos achados está na sugestão que a transição sustentável deve ser entendida como um processo iminentemente coletivo, não podendo ser conduzida de forma isolada por um único agente. / Socio-technological transitions are processes of change and replacement of socio-technical regimes, social structures that include technological and production systems, as well as the associated public policies, economic systems and symbolic meanings. Socio-technical transitions have been discussed as a path to sustainable development, due to the opportunity of replacement of incumbent socio-technical regimes by regimes that account for lesser social and environmental impacts. Despite the attention that sustainable transitions have recently received, it is observed in the literature a gap in the study of agency in the transition. The aim of this research is to analyze agency in the socio-technical transition to sustainability, and the main contribution is the proposition of a structured conceptual model in order to explain this agency. In developing the model, it was adopted the multi-level perspective, which studies the transition through three different levels of analysis: niche, regime and landscape. The model is consolidated in three core ideas, which constituted themselves in working hypotheses for the development of research. At first, it is proposed a first hypothesis the adoption of a conception of distributed agency, resulting from a collective action of the niche. It is also proposed as second work hypothesis that agency would be exerted through the construction by the social actors of the niche of a system of narratives, which would direct the expectations of other actors, as well as the commitment resulting from these expectations. Finally, it is proposed as the third work hypothesis that expectations and commitment would be continuously adjusted by system performance, and the main performance measure in the sociotechnical transition would be in the ability of the niche to develop learning. It was adopted in the research a multimethod design, from an epistemology of organizational complexity; another significant contribution of the research is the methodological approach adopted in testing the proposed model. The proposed conceptual model was operationalized in a qualitative research phase, using a content analysis of socially constructed narratives, and other quantitative phase, by means of computational modeling using a multi-agent system. To the development of these phases it was adopted as a research subject the Brazilian wind energy niche, which is understood as a transition in progress, given its significant recent growth. In qualitative research phase, we attempted to characterize the discursive processes involved in sustainable technological transitions. It was observed that narratives have acted in establishing expectations about technological niche, defending the existence of a large generation potential in Brazil, and the sustainability of wind power generation. The characterization of narratives resulting of the qualitative research phase was adopted in the quantitative phase as the basis for the development of modeling and simulation process. The computational model was considered valid, given its ability to represent the process of establishment of a technological niche. The three working hypotheses that consolidate the proposed conceptual model were tested using this model. The observed simulation results supported the acceptance of the first and second hypotheses, while indicating the rejection of the third one. The main implication of the findings is the suggestion that the transition to sustainability must be considered as a collective process, and cannot be conducted by a single individual agent.

A indústria carece de sistemas produtivos que atendam a diversidade de demanda do mercado, com eficiência e capacidade de adaptação rápida. As novas soluções para estas necessidades remetem ao uso de novas tecnologias de automação. Porém, a maioria dos sistemas integrados de manufatura implantados em indústria possui seu gerenciamento por controladores lógicos programáveis, assim como suas interligações elétricas e lógicas de controle. A tese proposta faz uso de Sistemas Multiagentes em controladores lógicos programáveis, para que estes possam controlar seus sistemas de manufatura, propiciando-lhes os requisitos de diversidade, agilidade e auto-organização no meio produtivo. A comprovação desta tese se dá pelo método desenvolvido para que tal implementação aconteça, bem como pela análise de abrangência deste método, a fim de verificar em quais cenários ele é eficaz. O método proposto analisa o controlador lógico programável e descreve uma rotina de ações a serem seguidas para que ele se insira em Sistemas Multiagentes, valendo-se das funcionalidades que um agente pode oferecer. Sua análise de aplicação ocorreu em três cenários distintos, onde a abordagem por sistemas auto-organizáveis apresentou melhores resultados para atingir os requisitos de diversidade, agilidade e auto-organização, a partir de sistemas multiagentes interagindo com os controladores lógicos programáveis e suas lógicas locais. / The industry needs production systems that attend the diversity of market demand, with efficiency and fast adaptability. The new solutions to these needs refer to the use of new automation technologies. However, most integrated manufacturing systems deployed in industry have its management by programmable logic controllers as well as their electrical interconnections and logics of control. The thesis proposal indicates the use of multi-agent systems on programmable logic controllers, so that they are able to control their manufacturing systems, addressing the requirements of diversity, self-organizing and agility to the productive environment. The proof of this thesis is given by the method developed for such implementation to happen, as well as analysis of the scope of this method in order to verify in what scenarios it is effective. The proposed method analyzes the programmable logic controller and describes a routine of actions to follow so that it may enter into a multi-agent system, using the features that an agent can offer. Its application analysis took place in three different scenarios where the approach by self-organizing systems showed better results for achieving the requirements of diversity, agility and self-organization from multi-agent systems interacting with programmable logic controllers and their local logic.

Dentro da Educação a Distância (EaD), os softwares de apoio como os Ambientes Virtuais de Aprendizagem (AVA) são considerados recursos que favorecem a comunicação entre os atores envolvidos, permitindo a troca de informação. Atribuir Inteligência Artificial a esses AVAs, utilizando Sistemas Multiagentes (SMA) e uma forma de procurar que os mesmos tenham um bom desempenho e que seus recursos facilitem o processo de aprendizagem. Esse trabalho cont em um estudo sobre os principais AVAs existentes e sobre os métodos alternativos de integração de AVA com SMA. Ao analisar o estado da arte dos AVAs pode-se observar que todos trabalham como ferramentas de auxílio ao aluno, por em nenhum deles trabalha aspectos da gestão da EaD dando suporte aos aspectos relevantes da legislação dessa modalidade. Por esse motivo, essa Tese tem por objetivo a criação de um modelo de integração AVA-SMA que possa tornar o AVA MOODLE capaz de auxiliar os gestores da EaD em suas diferentes tarefas, com base na incorporação, ao mesmo, de um modelo de representação de legislação. Para realizar essa integração do modelo AVA-SMA orientado a Legislação foi desenvolvido um espec co modelo organizacional de Sistema Multiagente. Por m com base em um estudo de caso, ser a realizado simulações para veri car as funcionalidades do Modelo de Sistema AVA-SMA orientado a Legislação, proposto nesta Tese. / In Distance Learning (EaD), supporting software such as Virtual Learning Environments (VLE) are considered resources that favor communication between the actors involved, allowing the exchange of information. Assigning Arti cial Intelligence to these VLEs, using Multi-Agent Systems (MAS) is a way of ensuring they have a good performance and that its resources facilitate the learning process. This work contains a study on the major existing VLEs and on alternative methods to integrate VLE with MAS. When analyzing the state of the art of the VLEs it is possible to see that all of them work as aid tools for students, but none of them work on management aspects of distance learning that support the relevant aspects of the legislation for this type of education. Therefore, this thesis aims to create a VLE-MAS integration model that can make the VLE MOODLE able to help distance learning managers in their di erent tasks, based on incorporating a legislation representation model to it. To accomplish this integration of the legislation-oriented VLE-MAS model, a speci c Multi-Agent System organizational model was developed. At last, based on a case study, simulations will be conducted to verify the functionalities of the VLE-MAS System Model oriented to legislation, proposed in this thesis.

La thèse porte sur la conception d'un prototype logiciel ayant pour but l'évaluation de l'offre et de la demande pour les centres utilisant des traitements innovants en radiothérapie (hadronthérapie, tomothérapie, stéréotaxie, Cyberknife . . .). Le domaine applicatif visé est le domaine médical. L'étude menée porte également sur la modélisation du comportement du patient face à ces nouvelles technologies, sur leur mise en place et leur utilisation au sein des établissements de santé. Dans notre étude, nous modélisons des facteurs très importants tels que la qualité de vie du patient et sa prise en charge au niveau hospitalier. Nous nous intéressons au coût d'installation et d'entretien des nouvelles technologies. Nous comparons les nouvelles techniques utilisées en radiothérapie avec celles déjà existantes et bien évaluées. La comparaison est effectuée sur plusieurs critères, comprenant les critères médicaux et les critères financiers, dont le remboursement par la sécurité sociale enFrance. L'outil logiciel correspondant est construit en utilisant des techniques de modélisation multi-agents, en intégrant les techniques et le savoir-faire médicaux, ainsi que des modèles épidémiologiques pour caractériser les patients concernés et les thérapies correspondantes dans les centres de radiothérapie. Des méthodes économiques sont implémentées pour évaluer les coûts correspondants. / The main subject of the thesis is the modelling and the implementation of a software prototype for evaluating the supply and the demand for radiotherapy centers using innovative therapies (such as hadrontherapy, tomotherapy, stereotaxy, Cyberknife, . . .). The prototype should be used in the medical domain. The patient behaviour with respect to those new technologies is studied as well as their utilization in health institutions. The study takes into account important factors such as the quality of life of the patient and its treatment in a hospital. The costs of installation and maintainance are included in the tool. The new innovative radiotherapy techniques are compared with the existing ones. The comparison is based on medical and financial criteria, including refunding by the French public health insurance system. The software is based on multi-agent systems, and integrates medical knowledge as well as epidemiologic models for characterizing patients and relevant radio-therapies. Economical methods are also implemented for evaluating the associated costs.

Este trabalho situa-se nas áreas de Sistemas Multiagentes e Geoprocessamento. Em Sistemas Multiagentes, a especificação de um sistema pode ser realizada através da modelagem do ambiente, agentes, mecanismos de interação e organização dos agentes envolvidos. Um aspecto pouco explorado, porém extremamente importante, é a modelagem e representação do ambiente em que os agentes estão situados e através do qual irão interagir. Por outro lado, o Geoprocessamento sempre enfatizou a representação de fenômenos espaciais de forma estática. No entanto, alguns fenômenos espaciais são inerentemente dinâmicos e as representações estáticas não os capturam de forma adequada. Assim, o foco principal deste trabalho é fornecer uma arquitetura, baseada em Sistemas Multiagentes, para a criação e execução de simulações na área de Geoprocessamento. Uma característica importante é a utilização de dados vetoriais, provenientes de um Banco de Dados Geográficos, na geração da representação espacial do ambiente e das entidades existentes nas simulações. Com esta forma de representação contínua e precisa, é possível criar modelos mais próximos da realidade, representando adequadamente um maior número de características. Além disto, a arquitetura permite a representação de fenômenos espaço-temporais dinâmicos, uma necessidade da área de Geoprocessamento. Focando no desenvolvimento das funcionalidades da arquitetura proposta, foi realizada uma análise das características positivas, negativas e das necessidades de algumas das principais plataformas para criação e execução de simulações baseadas em agentes. Considerando os resultados desta análise, foram criadas a arquitetura proposta e suas funcionalidades. Além disto, neste trabalho é apresentado o protótipo implementado, no qual foram realizados estudos de caso de diferentes cenários, objetivando avaliar e demonstrar o uso das funcionalidades desenvolvidas. / This work is situated in the intersection of two areas: Multi-Agent Systems and Geocomputing. In Multi-Agent Systems, the specification of a system can be achieved by the modelling of environment, agents, mechanisms of interaction and organization of the agents. Although being a very important aspect, the modelling and representation of the environment has not been yet fully explored. On the other hand, Geocomputing has always focused in the static representation of spatial phenomena. However, some spatial phenomena are dynamic on time and space and usual representation adopted in Geocomputing do not capture them well. The aim of this work is to provide an architecture, based on Multi-Agent Systems, for the development and execution of Geocomputing simulations. A very important feature of the proposed architecture is the use of vectorial data, from a Geographic Database, for the representation of the environment and the spatial entities that exist in it. Using this continuous and accurate representation form, it is possible to develop more realistic models, representing appropriately geographic features. Moreover, this architecture allows the representation of dynamic phenomena in time and space, an old need of the Geocomputing area. Focusing on the development of the features of this architecture, an analysis of some related works was realized. The development of this architecture and its features was done based on the results of this analysis. Moreover, a prototype was presented in this work, in which some case studies of different scenes were performed, aiming at the evaluation and demonstration of the developed model and its features.

A análise da informação contida em seqüências genéticas tem ganho cada vez mais importância nos dias atuais. A chamada anotação genética tem o objetivo de, a partir de uma ou mais seqüências, determinar suas características estruturais e funcionais. Muitos processos de anotação já foram realizados com êxito aumentando consideravelmente nosso conhecimento acerca do mecanismo genético de diversos organismos. A re-anotação genética é um processo que visa revisar o resultado da anotação, em virtude da disponibilidade de novas informações. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema de re-anotação automática, onde tarefas de análise repetitivas podem ser automatizadas e os dados na anotação re-analisados periodicamente, a fim de que possíveis modificações possam ser detectadas. O sistema é baseado na tecnologia de agentes. Cada agente é responsável pela execução de diferentes ferramentas de bioinformática. Ao final do processo, os resultados individuais são combinados a fim de atingir o objetivo da análise. O sistema demonstrou eficácia na análise realizada em organismos procariontes durante a fase de validação. Ambientes de re-anotação como este são ferramentas interessantes a serem futuramente integradas a sistemas de anotação existentes. / The analysis of the information present in genetic sequences is gaining more importance nowadays. The genetic annotation aims to determine structural and functional characteristics of the sequences. Many annotation processes have already been carried out, improving our knowledge about the genetic mechanism of several organisms. The genetic re-annotation is a process that aims to review the annotation results when new information is available. This work presents an automatic re-annotation system where repetitive analysis tasks can be automated and annotation data are periodically re-analysed in order to detect possible differences. The system is based on the agent technology and each agent must execute different bioinformatics tools and merge its results in order to reach the analysis goals. The system proved to be efficient on the analysis carried out in procariotic organisms in the validation process, becoming an interesting tool to be integrated in annotation systems in the future.

Esta dissertação apresenta a utilização de ontologias como um primeiro passo em direção à interoperabilidade, no nível semântico, entre agentes de diferentes domínios. O contexto de aplicação é um portal educacional chamado PortEdu. Este portal fornece a infra-estrutura e suporte para ambientes de aprendizagem baseados em agentes. O foco deste trabalho é em um agente específico, o agente social, no qual são acrescentadas todas as funcionalidades necessárias para que ele possa interagir com agentes fora de seu contexto. O agente social pertence a um ambiente de aprendizagem multi-agente projetado para apoiar o treinamento do raciocínio, diagnóstico e modelagem de domínios de conhecimento incerto e complexo, como a área médica. Esse ambiente de aprendizagem chama-se AMPLIA. O conhecimento do agente social é modelado através de redes bayesianas, as quais possibilitam ao agente representar seu conhecimento probabilístico e tomar decisões através dele. A representação através de redes bayesianas não foi desenvolvida para ser utilizada no processo de comunicação com outros agentes, o que dificulta a interoperabilidade do agente social com os demais agentes do portal educacional, no qual os ambientes de ensino aprendizagem encontram-se ancorados. A abordagem proposta para fornecer interoperabilidade amplia a arquitetura do agente social possibilitando-o representar seu conhecimento probabilístico através de OWL (Web Ontology Language) e também sua comunicação com agentes externos através de FIPA-ACL (Foundation for Intelligent Physical Agents – Agent Communication Language), linguagem para comunicação utilizada no PortEdu. A OWL não foi projetada para representar incerteza, sendo assim, também foi desenvolvida uma estrutura para possibilitar tal representação em OWL. / This dissertation presents the utilization of ontologies as a first step towards interoperability at the semantic level among agents of different domains. Our test bed is an Educational Portal (PortEdu). This portal provides the infra-structure and support for agent-based learning environments. We focus on a specific agent, the social agent, adding all the necessary functionality for him to interact with agents that aren’t fully aware of its context. The social agent belongs to a Multi-agent Learning Environment designed to support training of diagnostic reasoning and modeling of domains with complex and uncertain knowledge, such as the medical area. This learning environment is called AMPLIA. The knowledge of social agent is implemented with Bayesian networks, which allows the agent to represent its probabilistic knowledge and make its decisions. The representation through Bayesian networks was not designed to be used for communication with other agents, which makes it more difficult for the social agent to interoperate with the agents present in the portal. The approach proposed to supply interoperability extends the social agent’s architecture allowing the representation of his probabilistic knowledge through OWL (Web Ontology Language) and also allows this communication with external agents through FIPA-ACL (Foundation for Intelligent Physical Agents – Agent Communication Language), which is the communication language adopted in PortEdu. OWL was not designed to represent uncertain knowledge, thus, it was also developed a structure to allow such representation in OWL.