Orientador: Francisco de Assis Magalhães Gomes Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:03:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Villela_PedroFerraz_D.pdf: 10794575 bytes, checksum: 746b8aebf0db423d557d9c5fe1446592 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho, propomos um método exato para obter o conjunto solução de um problema biobjetivo quadrático de otimização de carteiras de investimento, que envolve variáveis binárias. Nosso algoritmo é baseado na junção de três algoritmos específicos. O primeiro encontra uma curva associada ao conjunto solução de problemas biobjetivo contínuos por meio de um método de restrições ativas, o segundo encontra o ótimo de um problema de programação quadrática inteira mista pelo método Branch-and-Bound, e o terceiro encontra a interseção de duas curvas associadas a problemas biobjetivo distintos. Ao longo do texto, algumas heurísticas e métodos adicionais também são introduzidos, com o propósito de acelerar a convergência do algoritmo proposto. Além disso, o nosso método pode ser visto como uma nova contribuição na área, pois ele determina, de forma exata, a curva associada ao conjunto solução do problemas biobjetivo inteiro misto, algo que é incomum na literatura, pois o problema alvo geralmente é abordado via métodos meta-heurísticos. Ademais, ele mostrou ser eficiente do ponto de vista do tempo computacional, pois encontra o conjunto solução do problema em poucos segundos / Abstract: In this work, we propose an exact method to find the solution set of a mixed quadratic bi-objective portfolio optimization problem. Our method is based on the combination of three specific algorithms. The first one obtains a curve associated with the solution set of a continuous bi-objective problem through an active set algorithm, the second one solves a mixed quadratic optimization problem through the Branch-and-Bound method, and the third one searches the intersection of two curves associated with distinct bi-objective problems. Throughout the text, some heuristics are also introduced in order to accelerate the performance of the method. Moreover, our method can be seen as a new contribution to the field, since it finds, in an exact way, the curve related to the solution set of the mixed integer bi-objective problem, something uncommon in the corresponding literature, where the target problem is usually approached by metaheuristic methods. Additionally, it has also shown to be efficient in terms of running time, being capable of finding the problem's solution set within a much faster time frame / Doutorado / Matematica Aplicada / Doutor em Matemática Aplicada

Submitted by Patrícia Cerveira (pcerveira1@gmail.com) on 2017-06-13T15:56:56Z No. of bitstreams: 1 Rene_Cruz_Freire.pdf: 5170376 bytes, checksum: 8c6b6dd8986d23b53ae99ba90dd69ef5 (MD5) / Approved for entry into archive by Biblioteca da Escola de Engenharia (bee@ndc.uff.br) on 2017-06-29T16:38:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Rene_Cruz_Freire.pdf: 5170376 bytes, checksum: 8c6b6dd8986d23b53ae99ba90dd69ef5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-29T16:38:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rene_Cruz_Freire.pdf: 5170376 bytes, checksum: 8c6b6dd8986d23b53ae99ba90dd69ef5 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Um dos temas de alta relevância para a sociedade atual é a qualidade do suprimento de energia elétrica, que deve ser ininterrupto, seguro e econômico. Para tal, é primordial que o sistema de potência esteja preparado para um possível defeito de algum equipamento da rede, mantendo a operação dentro dos patamares seguros, evitando os blecautes e todas as suas consequências para a sociedade. Isso pode ser feito através do redespacho das unidades geradoras, de modo a encontrar um ponto de operação que concilie segurança e economicidade, dois objetivos conflitantes, enquanto busca se afastar o mínimo possível do ponto de operação previamente estabelecido, via planejamento eletroenergético, para o sistema de potência em questão. Trata-se de uma abordagem multiobjetiva do Fluxo de Potência Ótimo com Restrições de Segurança (FPORS) que pode ser solucionada com uma abordagem de Computação Evolucionária (CE) com viés multiobjetivo. Neste trabalho, foram implementadas e comparadas duas meta-heurísticas evolutivas multiobjetivo: Nondominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) e o Multi-objective Evolutionary Particle Swarm Optimization (MOEPSO). Os resultados dessas heurísticas também foram comparados com a abordagem mono-objetivo do mesmo problema. Os algoritmos foram implementados no MATLAB® e testados em um sistema-teste que simula as condições do Sistema Interligado Nacional (SIN). As heurísticas multiobjetivo foram comparadas através da metodologia de análise da Fronteira de Pareto (FP), onde é analisado qual método concilia melhor os objetivos de economia e segurança. Na primeira análise o NSGA-II saiu-se melhor, entretanto após a implementação de melhorias no algoritmo, o MOEPSO mostrou desempenho superior na segunda análise. Nas duas análises, o viés multiobjetivo mostrou-se superior ao mono-objetivo, na comparação através do critério de agregação de objetivos. Em relação ao tempo de simulação de cada método, o MOEPSO foi superior na primeira análise, já na segunda análise foi implementado um refinamento baseado no Fluxo de Potência Linearizado no FPORS, que baixou o tempo de simulação das duas heurísticas multiobjetivas em comparação com a primeira análise, e o MOEPSO teve o menor tempo de simulação. Na comparação com o viés mono-objetivo, apenas o NSGA-II teve tempo médio de simulação maior que o método mono-objetivo na primeira análise. Na segunda análise, todas as heurísticas multiobjetivo possuíam tempo de simulação menores que o método mono-objetivo. / One of the topics of high relevance to the today’s society is the quality of electric power supply, which must be uninterrupted, safe and economical. To this end, it is essential that the power system be prepared for a possible defect of some equipment from the network while maintaining operation within safe levels, avoiding blackouts and all its consequences for society. This can be done by redispatch of generating units, in order to find an operation point which conciliate security and economy, two conflicting objectives, while seeking to depart as little as possible of the operation point previously established in the energy planning for the power system in question. This is a multi-objective approach to Security Constrained Optimal Power Flow (SCOPF) that can be solved with an approach of Evolutionary Computation with multi-objective bias. In this work we were implemented and compared two multi-objective evolutionary meta-heuristics: Nondominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) and Multi-objective Evolutionary Particle Swarm Optimization (MOEPSO). The results of these heuristics were also compared with mono-objective approach to the same problem. The algorithms were implemented in MATLAB® and tested in a test-case that simulates the conditions of the Brazilian Sistema Interligado Nacional (National Interconnected System). The multi-objective heuristics were compared using the analysis methodology of the Pareto Frontier, where is analyzed which method is better to conciliate the economy and security objectives. In the first analysis the NSGA-II fared better, but after the implementation of improvements in the algorithm, the MOEPSO showed superior performance in the second analisys. In both analyzes, the multi-objective bias was superior to the mono-objective bias, in the comparison through objectives aggregation criteria. Concerning the simulation time of each method, the MOEPSO was superior in the first analysis, but in the second analysis was implemented a refinement based on DC Load Flow, which lowered the simulation time of the two multi-objective heuristics compared with the first analysis, and the MOEPSO had the shortest time simulation. Compared to the mono-objective bias, only the NSGA-II had an average time simulation greater than the mono-objective method in the first analysis. In the second analysis, all multi-objectives heuristics had simulation time smaller than the mono-objective method.

This thesis presents two new routing problems, both with objective functions focused on relative positioning of teams during the routing horizon. The relative positioning results in temporal and spatial dependencies among routes and is quantified with a nonlinear dispersion metric, designed to evaluate the instantaneous distances among teams over a time interval. This metric allows the design of objective functions to approximate teams during routes execution, when minimized, or disperse them, when maximized. Both approximation and dispersion are important routing characteristics in some practical applications, and two new optimization problems are proposed with these opposite objectives. The first one is a variation of the Multiple Traveling Salesman Problem, and its goal is to find a set of tours where the salesmen travel close to each other, minimizing dispersion. A Local Search Genetic Algorithm is proposed to solve the problem. It includes specialized genetic operators and neighborhoods. A new set of benchmark instances is proposed, adapted for the new problem from literature instances. Computational results show that the proposed approach provides solutions with the desired characteristics of minimal dispersion. The second problem is a bi-objective arc routing problem in which routes must be constructed in order to maximize collected profit and dispersion of teams. The maximization of the dispersion metric fosters the scattering of the teams during routing procedure. Usually, profit and dispersion objectives are conflicting, and by using a bi-objective approach the decision maker is able to choose a trade-off between collecting profits and scattering teams. Two solution methods are proposed, a Multi-objective Genetic Algorithm and a Multi-objective Genetic Local Search Algorithm, both specialized in order to exploit the characteristics of the problem. It is demonstrated, by means of computational experiments on a new set of benchmark instances, that the proposed approach provides approximation sets with the desired characteristics. / Esta tese apresenta dois novos problemas de roteamento, ambos com funções objetivo voltadas para o posicionamento relativo das equipes durante o horizonte de roteamento. O posicionamento relativo resulta em uma dependência temporal e espacial entre rotas e é quantificado com uma métrica de dispersão não-linear, projetada para avaliar as distâncias instantâneas entre as equipes ao longo de um intervalo de tempo. Esta métrica permite a concepção de funções objetivo para aproximar as equipes durante a execução das rotas, quando minimizada, ou para dispersá-las, quando maximizada. Tanto a aproximação quanto a dispersão são características importantes de roteamento em algumas aplicações práticas, e dois novos problemas de otimização são propostos com esses objetivos opostos. O primeiro é uma variação do Problema de Múltiplos Caixeiros Viajantes, e seu objetivo é encontrar um conjunto de rotas em que os caixeiros viajam próximos uns dos outros, minimizando a dispersão. Um Algoritmo Genético com Busca Local é proposto para resolver o problema. Ele inclui operadores genéticos e vizinhanças especializados. Um novo conjunto de instâncias é proposto, adaptado para o novo problema de instâncias da literatura. Resultados computacionais mostram que a abordagem proposta proporciona soluções com as características desejadas de dispersão mínima. O segundo problema é um problema de roteamento de arcos biobjetivo em que as rotas devem ser construídas de modo a maximizar o lucro recolhido e o distanciamento entre as equipes. A maximização da métrica promove a dispersão das equipes durante a execução das rotas. Normalmente, os objetivos de lucro e dispersão são conflitantes, e com uma abordagem biobjetivo o tomador de decisão é capaz de avaliar a troca entre a coleta de lucros e a dispersão de equipes. Dois métodos de solução são propostos, um Algoritmo Genético Multiobjetivo e um Algoritmo Genético Multiobjetivo com Busca Local, ambos especializados para explorar as características do problema. É demonstrado, por meio de experimentos computacionais sobre um novo conjunto de instâncias, que a abordagem proposta fornece conjuntos de aproximação com as características desejadas.

Orientador: Antônio Fernando Branco Costa / Resumo: O presente trabalho desenvolveu um modelo matemático que contribui para o projeto de redes cicloviárias conexas e integradas ao sistema de transporte público por ônibus em áreas urbanas, fazendo uso da Otimização Multiobjetivo (OM) por meio da Programação Linear Inteira Mista (MILP ou MIP). A investigação dos critérios de infraestrutura que influenciam a demanda cicloviária e que deveriam compor a modelagem matemática foi realizada por meio da Revisão da Literatura e cinco critérios identificados, referentes ao: Conforto, Segurança, Objetividade, Intermodalidade e Continuidade. Cada critério é composto por uma série de subcritérios, dezesseis no total, classificados como parâmetros de projeto de entrada e/ou de saída para o modelo matemático, segundo funções objetivos e restrições. Uma aplicação do modelo foi realizada em um caso real para cidade de grande porte, em São José dos Campos – SP, e obtidas soluções exatas com redes parcialmente conexas (abordagem 1) e redes totalmente conexas (abordagem 2), integradas aos pontos de parada de ônibus e as linhas de ônibus da região delimitada, por meio da linguagem de modelagem General Algebric Modeling System (GAMS) e o solver CPLEX. Os resultados obtidos foram aderentes a realidade da macrozona de tráfego na região estudada e contribuem para o planejamento urbano como validado pela Secretaria de Mobilidade Urbana de São José dos Campos. A análise de diversos cenários para o modelo matemático, ponderando os objetivos do modelo, pos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The present work created a mathematical model that contributes to design bikeway networks integrated to the public transport service by buses in urban areas, using the Network Multiobjective Optimization through Mixed by means of Mixed Integer Linear Programming (MILP or MIP). The investigation of the infrastructure criteria that influence cycling demand and that should set the mathematical modeling was carried out through the Literature Review and five criteria were identified, referring to: Comfort, Safety, Objectivity, Intermodality and Connectivity. Each criteria is composed of a subcriteria set, sixteen in total, which performed as input and/or output design parameters for the mathematical model, according to fitness functions and constraints. An application of the model was carried out in a real case in São Jose dos Campos city - Sao Paulo state, and exact solutions were obtained with partially connected networks (approach 1) and fully connected networks (approach 2), integrated to the stop points by bus and bus lines in the defined region, using the General Algebric Modeling System (GAMS) modeling language and the CPLEX solver. The results obtained were adherent to the reality of the traffic macrozone in the studied region and contribute to urban planning, as validated by the São José dos Campos Urban Mobility Secretariat. The analysis of several scenarios for the mathematical model, considering the model's objectives, made it possible to verify the behavior of the res... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Tesis por compendio / [ES] Debido a la creciente popularidad sobre la variedad de los Vehículos No Tripulados tanto en el campo militar como en el comercial, y de sus capacidades para navegar por diversos entornos, ya sean terrestres, aéreos o marinos, se evidencia que la clásica planificación de trayectorias y movimientos bidimensionales 2D podría no ser suficiente en un futuro inmediato. De esta manera, se debe resaltar que el presente trabajo aborda el problema de los Vehículos Aéreos No Tripulados (UAVs) de ala fija. En este sentido, la necesidad de encontrar una trayectoria navegable en el espacio euclídeo 3D se hace cada vez más necesario. En el caso de los UAV, considerar su cinemática para generar trayectorias suaves en tres dimensiones puede tener un interés significativo para la navegación autónoma aérea. Finalmente, los beneficios adicionales que se pueden producir son importantes. La principal dificultad de este problema es que los vehículos aéreos de características no-holonómicas se ven obligados a avanzar sin la posibilidad de detenerse a través de trayectorias 3D con curvaturas limitadas. En este sentido, se ha investigado la manera de proporcionar una completa caracterización de trayectorias óptimas para UAVs con un radio de giro limitado que se mueve en el plano tridimensional a una velocidad constante. Para completar tales tareas, un planificador de trayectorias no sólo debe proporcionar rutas tridimensionales para alcanzar una posición de destino sin colisionar con obstáculos, sino también debe asegurar que tal trayectoria sea adecuada para los UAVs que poseen propiedades cinemáticas específicas. Por lo tanto, el desarrollo del trabajo ha completado la algoritmia que genera una trayectoria discreta tridimensional al definir un conjunto de puntos 3D, resultantes de una división del espacio euclídeo tridimensional de manera dinámica, determinando las mejores opciones de avance, evitando analizar cada espacio del entorno completo. De esta manera, partiendo de los puntos 3D resultantes de la planificación de trayectoria tridimensional, se ha generado una trayectoria en forma de curva suave construida en función de las limitaciones de giro del UAV (resaltando que es difícil asegurar que el camino resultante cumpla con las restricciones cinemáticas en las tres dimensiones simultáneamente). Finalmente, es importante destacar que a menudo las restricciones mencionadas se calculan secuencialmente y de forma bidimensional, sobre un par de dimensiones desacopladas, lo que limita la capacidad de optimización. Para todo ello, se ha desarrollado un algoritmo de suavizado para un planificador de trayectorias que considera las restricciones cinemáticas tridimensionales completas sin desacoplar las dimensiones. / [CA] Debut a la creixent popularitat sobre la varietat dels Vehicles No Tripulats tant en el camp militar com en el comercial, i de les seves capacitats per navegar per diversos entorns, ja siguin terrestres, aeris o marins, s'evidencia que la clàssica planificació de trajectòries i moviments bidimensionals 2D podria no ser suficient en un futur immediat. D'aquesta manera, s'ha de ressaltar que el present treball aborda el problema dels Vehicles Aeris No Tripulats (UAV) d'ala fixa. En aquest sentit, la necessitat de trobar una trajectòria navegable en l'espai euclidià 3D es fa cada vegada més necessari. En el cas dels UAV, considerar la seva cinemàtica per generar trajectòries suaus en tres dimensions pot tenir un interès significatiu per a la navegació autònoma aèria. Finalment, els beneficis addicionals que es poden produir són importants. La principal dificultat d'aquest problema és que els vehicles aeris de característiques no-holonómicas es veuen obligats a avançar sense la possibilitat de detenir-se a través de trajectòries 3D amb curvatures limitades. En aquest sentit, s'ha investigat la manera de proporcionar una completa caracterització de trajectòries òptimes per UAVs amb un radi de gir limitat que es mou en el pla tridimensional a una velocitat constant. Per completar aquestes tasques, un planificador de trajectòries no només ha de proporcionar rutes tridimensionals per assolir una posició de destinació sense col·lisionar amb obstacles, sinó també ha d'assegurar que tal trajectòria sigui adequada per als UAVs que posseeixen propietats cinemàtiques específiques. Per tant, el desenvolupament de la feina ha completat la algorísmia que genera una trajectòria discreta tridimensional a l'definir un conjunt de punts 3D, resultants d'una divisió de l'espai euclidià tridimensional de manera dinàmica, determinant les millors opcions d'avanç, evitant analitzar cada espai de l' entorn complet. D'aquesta manera, partint dels punts 3D resultants de la planificació de trajectòria tridimensional, s'ha generat una trajectòria en forma de corba suau construïda en funció de les limitacions de gir de l'UAV (ressaltant que és difícil assegurar que el camí resultant compleixi amb les restriccions cinemàtiques en les tres dimensions simultàniament). Finalment, és important destacar que sovint les restriccions esmentades es calculen seqöencialment i de forma bidimensional, sobre un parell de dimensions desacoblades, el que limita la capacitat d'optimització. Per tot això, s'ha desenvolupat un algoritme de suavitzat per a un planificador de trajectòries que considera les restriccions cinemàtiques tridimensionals completes sense desacoblar les dimensions. / [EN] Due to the growing popularity of the variety of Unmanned Vehicles in both the military and commercial fields, and their capabilities to navigate diverse environments, whether land, air or sea, it is evident that the classic two-dimensional 2D trajectory and motion planning may not be enough in the near future. Thus, it should be noted that this paper addresses the problem of fixed-wing Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). In this sense, the need to find a navigable path in 3D Euclidean space becomes more and more necessary. In the case of UAVs, considering their kinematics to generate smooth trajectories in three dimensions may be of significant interest for autonomous air navigation. Finally, the additional benefits that can be produced are important. The main difficulty of this problem is that air vehicles with non-holonomic characteristics are forced to advance without the possibility of stopping through 3D trajectories with limited curvatures. In this regard, research has been conducted to provide a complete characterization of optimal trajectories for UAVs with a limited turning radius that move in the 3D plane at a constant speed. To complete such tasks, a path planner must not only provide three-dimensional paths to reach a target position without colliding with obstacles, but must also ensure that such a path is suitable for UAVs that possess specific kinematic properties. Therefore, the development of the work has completed the algorithm that generates a discrete three-dimensional path by defining a set of 3D points, resulting from a division of the three-dimensional Euclidean space in a dynamic way, determining the best forward options, avoiding to analyze each space of the whole environment. In this way, starting from the 3D points resulting from the three-dimensional path planning, a smooth curve path has been generated, built according to the UAV turning constraints (highlighting that it is difficult to ensure that the resulting path meets the kinematic constraints in the three dimensions simultaneously). Finally, it is important to note that often the constraints mentioned are calculated sequentially and in a two-dimensional shape, on a pair of decoupled dimensions, which limits the ability to optimize. For all this, a smoothing algorithm has been developed for a path planner that considers the complete three-dimensional kinematic constraints without decoupling the dimensions. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el Gobierno de España a través del Ministerio de Economía y Competitividad bajo el proyecto de Investigación DP I2015−71443−R, y por la administración local de la Generalitat Valenciana a través de los proyectos GV /2017/029 y AICO/2019/055. El autor ha sido beneficiario de una beca otorgada por el Instituto de Fomento al Talento Humano (IFTH) (2015−AR2Q9209) a través del Gobierno de Ecuador. / Samaniego Riera, FE. (2021). Diseño de nuevos algoritmos de guiado y navegación con evasión de colisiones para vehículos aéreos no tripulados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/161274 / Compendio

[ES] El control descentralizado de sistemas multivariables es una tarea compleja y su eficiencia depende principalmente de la selección adecuada de sus lazos de control. Por lo general, para seleccionar estos lazos de control se calculan medidas de interacción entre sus variables. Las metodologías clásicas que se han desarrollado para este propósito pueden dar resultados divergentes (en cuanto a los lazos de control a establecer). Esto es debido, entre otras cosas, a que miden las interacciones entre las variables del sistema de diferentes maneras. Además, normalmente no incorporan en el proceso de selección de lazos de control la sintonización de sus controladores. En esta tesis se ha desarrollado una metodología para seleccionar lazos de control óptimos en sistemas multivariables usando un enfoque de optimización multiobjetivo. La metodología analiza el problema de selección óptima de lazos de control y sintonización óptima de las estructuras de control en un marco de trabajo unificado. La metodología permite analizar las características de cada combinación de lazos de control de manera detallada comparando sus desempeños de forma global, lo cual permite a un diseñador tener información relevante para tomar decisiones adecuadas para controlar eficientemente un proceso multivariable. En la metodología propuesta se muestra como las preferencias del diseñador juegan un papel muy importante en la selección de los lazos de control en un sistema multivariable. En esta tesis se aplica la nueva metodología propuesta a varios problemas de ingeniería de control tanto lineales como no lineales. En estos ejemplos se compara la metodología propuesta con las metodologías clásicas de selección de lazos de control más usadas. Esto ha permitido revelar información valiosa sobre el control descentralizado de sistemas multivariables que no hubiese sido factible obtener con las metodologías tradicionales. / [CA] El control descentralitzat de sistemes multivariables és una tasca complexa i la seua eficiència depén principalment de la selecció adequada dels seus llaços de control. En general per a seleccionar aquests llaços de control es calculen mesures d'interacció entre les seues variables. Les metodologies clàssiques que s'han desenvolupat per a aquest propòsit poden donar resultats divergents (quant als llaços de control a establir). Això és degut, entre altres coses, al fet que mesuren les interaccions entre les variables del sistema de diferents maneres. A més normalment no incorporen en el procés de selecció de llaços de control la sintonització dels seus controladors. En aquesta tesi s'ha desenvolupat una metodologia per a seleccionar llaços de control òptims en sistemes multivariables usant un enfocament d'optimització multi-objectiu. La metodologia analitza el problema de selecció òptima de llaços de control i sintonització òptima de les estructures de control en un marc de treball unificat. La metodologia permet analitzar les característiques de cada combinació de llaços de control de manera detallada comparant els seus acompliments de manera global, la qual cosa permet a un dissenyador tindre informació rellevant per a prendre decisions adequades per a controlar eficientment un procés multivariable. En la metodologia proposada es mostra com les preferències del dissenyador tenen un rol molt important en la selecció dels llaços de control en un sistema multivariable. En aquesta tesi s'aplica la nova metodologia proposada a diversos problemes d'enginyeria de control tant lineals com no lineals. En aquests exemples es compara la metodologia proposada amb les metodologies clàssiques de selecció de llaços de control més usades. Això ha permés revelar informació valuosa sobre el control descentralitzat de sistemes multivariables que no haguera sigut factible obtindre amb les metodologies tradicionals. / [EN] Decentralized control of multivariable systems is a complex problem and its efficiency depends mainly on the suitable selection of its control loops (inputoutput pairings). In general, to select these control loops, measures of interaction between their variables are calculated. The classical methodologies that have been developed for this purpose can give divergent results (in terms of the type of loop pairing to choose). This is because they generally analyze the loop pairing selection and controller tuning independently and optimize a single objective. In this thesis a methodology to select optimal input-output pairings in multivariable systems using a multiobjective optimization approach has been developed. The methodology analyzes the problem of optimal selection of control loops and optimal tuning of control structures in a unified framework. The methodology allows a detailed analysis of the characteristics of each control loop, globally comparing their performance, which allows a designer to have relevant information to make adequate decisions to efficiently control a multivariable process. The proposed methodology shows how the designer's preferences have a very important role in the selection of an input-output pairing in a multivariate system. In this thesis, the new proposed methodology is applied to various control engineering problems, both linear and non-linear. In these examples, the proposed methodology is compared with the classical methodologies of selection of input-output pairings most used for the control of multivariable systems. This has revealed valuable information on the decentralized control of multivariate systems that would not have been feasible to obtain with traditional methodologies. / Este trabajo ha sido subvencionado por la Universidad Politécnica Salesiana (UPS) a través del convenio CB-755-2015 / Huilcapi Subia, V. (2021). Desarrollo de una metodología para la selección de lazos de control en sistemas multivariables mediante técnicas de optimización multiobjetivo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/165014

[ES] La planificación de la distribución espacial en plantas industriales (FLP) es una de las decisiones más importantes en el contexto de la dirección de operaciones, y uno de los problemas de mayor discusión en la literatura científica enmarcada en el campo amplio de la ingeniería industrial. Sin embargo, el uso generalizado del enfoque de solución top-down tradicional, que se inicia con el diseño de la distribución del conjunto de los departamentos o celdas de trabajo que conforman el sistema de producción y prosigue con la distribución detallada al interior de éstos, parte de asunciones poco compatibles con la realidad operacional industrial que implican ciertas limitaciones para su adopción en la práctica. Esto, unido al hecho de que los modelos matemáticos empleados en la generación de alternativas de layout utilizan en su mayoría el coste de manejo de materiales como una función monoobjetivo de carácter cuantitativo, desvirtuando la naturaleza multiobjetiva del problema, acentúa un vacío que genera oportunidades de mejora en la toma de decisiones de planificación del layout en la práctica industrial. En este contexto, esta tesis doctoral, respaldada por un estudio minucioso del estado del arte y el análisis de modelos de optimización matemática de referencia, presenta un marco conceptual para la toma de decisiones de planificación del FLP desde una perspectiva multiobjetivo, y un nuevo modelo de optimización multiobjetivo no lineal entero mixto (MOMINLP) para facilitar la toma de decisiones de distribución espacial en plantas industriales metalmecánicas en entornos de demanda dinámicos mediante un enfoque de planificación bottom-up, teniendo en cuenta criterios cuantitativos y cualitativos. El modelo propuesto, denominado bottom-up mDFLP, considera tres funciones objetivo que pretenden: (1) minimizar el coste total de manejo de materiales y el coste total de reorganización, (2) maximizar el rating de proximidad subjetiva entre departamentos, y (3) maximizar el ratio de utilización de área. El modelo bottom-up mDFLP ha sido validado en una empresa del sector metalmecánico, confirmando un mejor desempeño en los valores de las funciones objetivo respecto a los obtenidos en la distribución en planta actual. / [CA] La planificació de la distribució espacial en plantes industrials (FLP) és una de les decisions més importants en el context de la direcció d'operacions, i un dels problemes de major discussió en la literatura científica emmarcada en el camp ampli de l'enginyeria industrial. No obstant això, l'ús generalitzat de l'enfocament de solució top-down tradicional, que s'inicia amb el disseny de la distribució del conjunt dels departaments o cel·les de treball que conformen el sistema de producció i prossegueix amb la distribució detallada a l'interior d'aquests, part d'assumpcions poc compatibles amb la realitat operacional industrial que impliquen unes certes limitacions per a la seua adopció en la pràctica. Això, unit al fet que els models matemàtics emprats en la generació d'alternatives de layout utilitzen en la seua majoria el cost de maneig de materials com una funció monoobjetivo de caràcter quantitatiu, desvirtuant la naturalesa multiobjectiva del problema, accentua un buit que genera oportunitats de millora en la presa de decisions de planificació del layout en la pràctica industrial. En aquest context, aquesta tesi doctoral, recolzada per un estudi minuciós de l'estat de l'art i l'anàlisi de models d'optimització matemàtica de referència, presenta un marc conceptual per a la presa de decisions de planificació del FLP des d'una perspectiva multiobjectiu, i un nou model d'optimització multiobjectiu no lineal enter mixt (MOMINLP) per a facilitar la presa de decisions de distribució espacial en plantes industrials metallmecàniques en entorns de demanda dinàmics mitjançant un enfocament de planificació bottom-up, tenint en compte criteris quantitatius i qualitatius. El model proposat, denominat bottom-up mDFLP, considera tres funcions objectiu que pretenen: (1) minimitzar el cost total de maneig de materials i el cost total de reorganització, (2) maximitzar el rating de proximitat subjectiva entre departaments, i (3) maximitzar el ràtio d'utilització d'àrea. El model bottom-up mDFLP ha sigut validat en una empresa del sector metallmecànic, confirmant un millor acompliment en els valors de les funcions objectiu respecte als obtinguts en la distribució en planta actual. / [EN] Facility layout planning (FLP) is one of the most critical decisions in operations management and one of the most discussed problems in the scientific literature framed in the broad field of industrial engineering. However, the widespread use of the traditional top-down solution approach, which starts with a block layout design phase and continues with the detailed layout within each work cell making up the production system, is based on assumptions that are not very compatible with the industrial operational reality, which implies certain limitations for its adoption in practice. This issue, together with the fact that the mathematical models used in the generation of layout alternatives mostly use the cost of material handling as a single objective function of a quantitative nature, distorting the multi-objective nature of the problem, accentuates a gap that generates opportunities for improvement in the FLP decision making process in industrial practice. In this context, this doctoral thesis, supported by a thorough study of state of the art and the analysis of benchmark mathematical optimisation models, presents a conceptual framework for FLP planning decision making from a multi-objective perspective and also a new multi-objective mixed-integer non-linear optimisation model (MOMINLP) to facilitate FLP decision making for metal-mechanical industrial plants in dynamic demand environments through a bottom-up planning approach, taking into account quantitative and qualitative criteria. The proposed model, called bottom-up mDFLP, considers three objective functions that aim to: (1) minimising the total material handling cost and the total rearrangement cost, (2) maximising the subjective closeness rating between departments, (3) maximising the area utilisation ratio. The bottom-up mDFLP model has been validated in a company from the metal-mechanical sector, confirming a better performance in the values of the objective functions than those obtained in the current plant layout. / Pérez Gosende, PA. (2022). Enfoque multiobjetivo bottom-up para la planificación dinámica de la distribución espacial en plantas industriales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185800

[ES] Las ciudades modernas están al límite de su capacidad en el plano horizontal. Muchas de ellas tienen un problema de tráfico muy complejo de paliar o resolver. La movilidad aérea urbana promete ser la revolución que puede resolver la saturación del tráfico en los futuros escenarios urbanos. Se espera que el crecimiento del mercado de la movilidad aérea urbana muestre una tendencia positiva constante, pero la tecnología asociada necesita aumentar su madurez. La gestión de múltiples vehículos aéreos, que dependen de tecnologías en auge como la inteligencia artificial y las estaciones de control en tierra automatizadas, requerirá una conexión tierra-aire-tierra sólida e ininterrumpida para completar sus trayectorias. La exigencia de una conexión ininterrumpida está naturalmente relacionada con una comprensión completa de los fenómenos que afectan al canal aire-tierra. La primera contribución es proponer un modelo de canal que pueda capturar las consecuencias de dichos fenómenos. Normalmente, un modelo de este tipo puede emitir el estado del canal en un punto determinado, prediciendo el estado del canal a lo largo de la trayectoria de la aeronave. Un modelo muy detallado exige herramientas y datos que proporcionen la información necesaria. La descripción y enumeración de cada pieza de información necesaria para una simulación de canal satisfactoria componen la segunda contribución. Una vez conocido el estado del canal, se pueden optimizar los puntos recorridos por la aeronave para cubrir aquellos con mejor rendimiento del canal. La tercera y última contribución es la propuesta de un conjunto de algoritmos de optimización para encontrar la ruta más adecuada. El algoritmo de optimización constituye el planificador de trayectorias, del que se espera que explore eficazmente el espacio de búsqueda y proponga una trayectoria que cumpla con los objetivos predefinidos: máxima calidad aire-tierra, disponibilidad y tiempo de vuelo. Cada método propuesto se pone a prueba en varios escenarios. Estos escenarios incluyen diversas situaciones que pueden estresar a los métodos y favorecer la elección de uno de ellos. Las situaciones incluidas son diferentes condiciones del terreno y zonas de exclusión aérea. / [CA] Les ciutats modernes estan al límit de la seua capacitat al pla horitzontal. Moltes tenen un problema de trànsit molt complex de pal·liar o resoldre. La mobilitat aèria urbana promet ser la revolució que pot resoldre la saturació del trànsit als futurs escenaris urbans. S'espera que el creixement del mercat de la mobilitat aèria urbana mostre una tendència positiva constant, però la tecnologia associada necessita augmentar-ne la maduresa. La gestió de múltiples vehicles aeris, que depenen de tecnologies en auge com la intel·ligència artificial i les estacions de control a terra automatitzades, requerirà una connexió terra-aire-terra sòlida i ininterrompuda per completar les seues trajectòries. L'exigència d'una connexió ininterrompuda està relacionada naturalment amb una comprensió completa dels fenòmens que afecten el canal aire-terra. La primera contribució és proposar un model de canal que puga capturar les conseqüències dels fenòmens esmentats. Normalment, un model d'aquest tipus pot emetre l'estat del canal en un punt determinat, predient l'estat del canal al llarg de la trajectòria de l'aeronau. Un model molt detallat exigeix eines i dades que proporcionen la informació necessària. La descripció i l'enumeració de cada peça d'informació necessària per a una simulació de canal satisfactòria componen la segona contribució. Una vegada conegut l'estat del canal, es poden optimitzar els punts recorreguts per l'aeronau per tal de cobrir aquells amb el millor rendiment del canal. La tercera i última contribució és la proposta d'un conjunt d'algorismes d'optimització per trobar la ruta més adequada. L'algorisme d'optimització constitueix el planificador de trajectòries, del qual s'espera que explore eficaçment l'espai de cerca i propose una trajectòria que complisca els objectius predefinits: màxima qualitat aire-terra, disponibilitat i temps de vol. Cada mètode proposat es posa a prova a diversos escenaris. Aquests escenaris inclouen diverses situacions que poden estressar els mètodes i afavorir-ne l'elecció. Les situacions incloses són diferents condicions del terreny i les zones d'exclusió aèria. / [EN] Modern cities are at the limit of their capacity in the horizontal plane. Many of them have a traffic problem that is highly complex to alleviate or solve. Urban air mobility promises to be the revolution that can solve traffic saturation in future urban scenarios. The growth of the urban air mobility market is expected to show a constant positive tendency, but the associated technology needs to raise its readiness levels. Managing aerial vehicle fleets, dependent on rising technologies such as artificial intelligence and automated ground control stations, will require a solid and uninterrupted connection to complete their trajectories. The requirement for an uninterrupted connection is naturally connected to a complete understanding of phenomena affecting the air-to-ground channel. The first contribution to the field is to propose a channel model that can capture the consequences of said phenomena. Typically, such a model can output the channel state at a given point, predicting the channel state throughout the aircraft's trajectory. A highly detailed model demands tools and data to deliver the necessary information. The description and enumeration of each piece of information required for a successful channel simulation compose the second contribution to the field. Once the channel state is known, the travelled points by the aircraft can be optimised to cover those with better channel performance. The third and last contribution to the field is proposing a set of optimisation algorithms to find the most suitable route. The optimisation algorithm forms the path planner, expected to efficiently explore the search space and propose a trajectory compliant with predefined objectives: maximum air-to-ground quality, availability, and flight time. Each proposed method is tested in various scenarios. These scenarios include various situations that can stress the methods and favour the choice of one. Included situations are different terrain conditions and no-fly zones. / Expósito García, A. (2023). Deterministic model of the radio channel applied to the optimization of the UAV trajectory for optimum air-to-ground communication in the environment of future urban scenarios [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192614

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:47:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThatianaCNS_DISSERT.pdf: 1637234 bytes, checksum: 8b38ce4a7a358efe654d9bb1c23c15bc (MD5) Previous issue date: 2010-03-02 / The distribution of petroleum products through pipeline networks is an important problem that arises in production planning of refineries. It consists in determining what will be done in each production stage given a time horizon, concerning the distribution of products from source nodes to demand nodes, passing through intermediate nodes. Constraints concerning storage limits, delivering time, sources availability, limits on sending or receiving, among others, have to be satisfied. This problem can be viewed as a biobjective problem that aims at minimizing the time needed to for transporting the set of packages through the network and the successive transmission of different products in the same pipe is called fragmentation. This work are developed three algorithms that are applied to this problem: the first algorithm is discrete and is based on Particle Swarm Optimization (PSO), with local search procedures and path-relinking proposed as velocity operators, the second and the third algorithms deal of two versions based on the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II). The proposed algorithms are compared to other approaches for the same problem, in terms of the solution quality and computational time spent, so that the efficiency of the developed methods can be evaluated / A distribui??o de produtos de petr?leo atrav?s de redes de polidutos ? um importante problema que se coloca no planejamento de produ??o das refinarias. Consiste em determinar o que ser? feito em cada est?gio de produ??o dado um determinado horizonte de tempo, no que respeita ? distribui??o de produtos de n?s fonte ? procura de n?s, passando por n?s intermedi?rios. Restri??es relativas a limites de armazenamento, tempo de entrega, disponibilidade de fontes, limites de envio ou recebimento, entre outros, t?m de ser satisfeitas. Este problema pode ser visto como um problema biobjetivo, que visa minimizar o tempo necess?rio para transportar o conjunto de pacotes atrav?s da rede e o envio sucessivo de produtos diferentes no mesmo duto que ? chamado de fragmenta??o. Neste trabalho, s?o desenvolvidos tr?s algoritmos que s?o aplicados a esse problema: o primeiro algoritmo ? discreto e baseia-se na Otimiza??o por Nuvem de Part?culas (PSO), com procedimentos de busca local e path-relinking propostos como operadores de velocidade, o segundo e o terceiro algoritmos tratam de duas vers?es baseadas no Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II). Os algoritmos propostos s?o comparados a outras abordagens para o mesmo problema, em termos de qualidade de solu??o e tempo computacional despendido, a fim de se avaliar a efici?ncia dos m?todos desenvolvidos

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-09-10T18:01:33Z No. of bitstreams: 1 VLADIMIR COSTA DE ALENCAR - TESE PPGRN 2009..pdf: 9290550 bytes, checksum: cdd4f50a45bc398ddd2ac6cdfd4cdb0d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-10T18:01:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VLADIMIR COSTA DE ALENCAR - TESE PPGRN 2009..pdf: 9290550 bytes, checksum: cdd4f50a45bc398ddd2ac6cdfd4cdb0d (MD5) Previous issue date: 2009-11 / À nível mundial, está ocorrendo gradativamente a mudança da matriz alimentar da humanidade. Em função de um maior nível de informação da sociedade, a partir dos meios de comunicação de massa e pesquisas acadêmicas, está aumentando o consumo de carnes brancas, frutas, verduras e legumes. Além disso, há um componente político-ideológico, onde os consumidores passam a preferir alimentos que não sejam produzidos com a exploração de mão-de-obra infantil, sem agressão do meio ambiente e com tecnologias de produção de baixo custo, sem o uso de agroquímicos (agrotóxicos e adubos químicos). A preservação dos recursos naturais não renováveis passa a ser a pauta do dia, e a sustentabilidade emerge com uma grande importância. Diante desse quadro, a agricultura orgânica tem se fortalecido, vindo da necessidade de alimentos limpos (sem resíduos tóxicos) que a sociedade moderna exige e por conseqüência a preservação da natureza. Este trabalho teve como finalidade uma análise comparativa multiobjetivo de um sistema de produção convencional e um sistema de produção orgânico, tendo como base as áreas irrigadas da cidade de Boqueirão, Estado da Paraíba, onde possui um reservatório que abastece várias cidades deste estado. Foi utilizada uma série de 10 anos hidroclimáticos da região. Para execução deste trabalho foi utilizado (e adicionadas funcionalidades) um sistema de apoio à decisão que utiliza programação linear para otimização multiobjetivo de análises de seleção de culturas para áreas irrigadas. Foram demonstrados, através de cenários, que o manejo orgânico tem um ganho maior em relação ao manejo convencional em relação à receita líquida, mão-de-obra, saúde humana e preservação ambiental. / In worldwide level, a change of humanity’s food matrix is gradually occurring. Because of a higher level of information that society’s receiving, through mass media and academic researches, the consumption of white meat, fruits and vegetables is rising. Also, there is a political-ideological component, in which consumers tend to prefer food that is not produced through infantile labour exploitation, that doesn’t harm the environment while it’s being produced and that, when produced, uses technology of production with low cost, without the usage of agrochemicals (pesticides and chemical fertilizers). The preservation of not renewable natural resources is at the top of the agenda, and sustainability emerges with a great importance. Before this frame, organic agriculture has strengthened, because of modern society’s demand for clean food (without toxic residues), and consequently for nature protection. The present work had the objective of developing a multiobjective comparative analysis of a production system that utilizes conventional management (using agrochemicals – fertilization and pesticides) and of a production system that uses organic management, on Epitácio Pessoa Reservoir (Boqueirão), in the State of Paraíba, through a 10 climatic years scenario. In this work a DSS (Decision Support System) was used with the purpose of applying a multiobjective optimization based on linear programming to crop selection analysis in irrigated areas. It has been shown that agricultural organic management provides better net profit, use of human labor and health and environmental protection than conventional management.