Tese (livre-docencia) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-19T20:00:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_JoseGeraldoPenade_LD.pdf: 3173259 bytes, checksum: f952e8b6b4cd557cf036424afa5147f5 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: No trabalho são apresentadas as diretrizes para a simulação operacional de Usinas Hidrelétricas (Reversíveis) em tempo real, através de um modelo matemático completo, no qual, são configuradas todas as características funcionais dos elementos (ENOS) da instalação. As simulações de escoamentos permanentes, transitórios e oscilatórios em tempo extensivo, possibilitam avaliar as características mais adequadas para o projeto de uma Usina Hidrelétrica Reversível, inchindo-se os parâmetros do regulador e as várias manobras usuais, tais como. aceitação/rejeição total ou parcial de carga, em uma ou várias máquinas instaladas na Usina; o regulador poderá ser do tipo adaptativo. A rotina de cálculo desenvolvida no trabalho permite definir o controle ótimo para qualquer demanda de carga da Usina, através da determinação da rotação adequada para máximo rendimento operacional. O uso de um controlador programável (PLC), acoplado ao sistema de regulação, proporciona o controle da operação adaptativa em tempo real. A topologia adotada para a descrição da instalação hidráulica facilita a aplicação do equaci-onamento original desenvolvido no trabalho, utilizando o método de cálculo proposto - Método das Características (MOC)-, para simular a operação da Usina Hidrelétrica. A representação das curvas características das máquinas hidráulicas através das Séries de Fourier, conforme apresentado, permite interpolações para quaisquer condições operacionais, definidas por valores ótimos de funções contínuas, utilizando as variáveis de Suter. 0 regulador PID, com controle adaptativo, ajusta-se a qualquer condição operacional e proporciona a solução ótima para a operação do conjunto girante, instalado com ckloconversores, conforme é atualmente proposto para as Usinas Hidrelétricas Reversíveis modernas. A determinação dos "modos naturais, ou de vibrar da instalação", efetuada 110 domínio tempo, apresenta vantagens inequívocas ao possibilitar analisar conjuntamente os fenómenos oscilatórios provocados por perturbações internas que auto-excitam a instalação. As proposições apresentadas no trabalho são confirmadas através de simulações computacionais ilustrativas, nas quais ressaltam-se as vantagens na utilização da metodologia proposta para modelar matematicamente uma instalação hidrelétrica qualquer, com todos os seus elementos (ENOS) dinamicamente representados em tempo real / Abstract: The directions to simulate the operation of a Hydroelectric Power Plants (Reversible) in a real time by a mathematics model, in that, all the operational conditions of the system components (ENOS) are described, are presented in this research. Steady, transient and oscilatory in a extensive period simulations allow to evaluate the adequate configuration to design a Pumped Storage Scheme, including the regulator parameters and the several common maneuvers, such as, total or partial load acceptance/rejection, with one or more hydraulic machines. The regulator can be a adaptive one, and the computational procedure developed allow to define the optimum control to any load demand, by setting the machine speed for the best efficiency point. The use of a Programable Logical Controllers (PLC) connected to the actuator system provides the adaptive operational control in a real time. The structured process for the description of the hydraulic network topology make easy the application of proposed method, applying the Method of Caracteristics(MOC), to simulate Power Plant operation. As showed the representation of the hydraulic machine characteristics by using Fourier Series, allowing interpolations to any operational conditions, which are definided in a Suter Plane. The PID regulator, with adaptive control, can adjust to any operational condition and provide the optimum solution for the rotate set, using cyclo con verter system, as recently used in a Reversible Power Storage Schemes. The determination of the system natural or vibration modes, done in a time domain, shows unmistakable advantages providing to analyse oscillatory flow from inner disturbance that self excitates the system. The guidelines here proposed are validated by illustratives computer simulations, in which stands out the advantages for modeling mathematically a general hydroelectric system with all elements (ENOS) dynamically represented in a real time / Tese (livre-docencia) - Univer / Mecanica dos Fluidos / Livre-Docente em Engenharia Civil

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-10-05T20:31:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Judas Tadeu Gomes de Sousa.pdf: 4137174 bytes, checksum: cd6430bb78979d21a8f96d1c7c610971 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-11-22T18:29:14Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Judas Tadeu Gomes de Sousa.pdf: 4137174 bytes, checksum: cd6430bb78979d21a8f96d1c7c610971 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-22T18:29:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Judas Tadeu Gomes de Sousa.pdf: 4137174 bytes, checksum: cd6430bb78979d21a8f96d1c7c610971 (MD5) Previous issue date: 2017-06-12 / FACEPE / A demanda pelo tratamento de sistemas não-lineares, resultado do aumento da complexidade dos processos industriais recentes, tem dificultado o uso de técnicas de controle moderno. A teoria de controle moderno é baseada na existência de modelo para representar o processo, no entanto, o uso de modelos complexos pode resultar num controlador complexo e difícil de manter. Técnicas de controle direcionadas por dados estão ganhando destaque em áreas onde a complexidade do sistema, ou mesmo a inexistência de um modelo, podem ser superadas pela disponibilidade de dados do processo, os quais podem ser capturados e usados para calcular diretamente o sinal de controle. Dentre os métodos de controle direcionados por dados, a técnica de Controle Adaptativo Livre de Modelo (MFAC – Model Free Adaptive Control) se destaca por características como: ser on-line, depender apenas dos dados de entrada e saída medidos da planta e do sinal de referência e por possuir formulações que atendem sistemas com vários graus de não-linearidade. Porém, o MFAC ainda possui questões em aberto, por exemplo, a escolha dos parâmetros do controlador. O ajuste desses parâmetros pode ser transformado num problema de otimização, no entanto, um projeto de controle costuma envolver múltiplos objetivos a serem atendidos. Portanto, neste trabalho serão definidas estratégias e um algoritmo evolucionário multi-objetivo, baseado em evolução diferencial e em imigrantes direcionados, para sintonia dos parâmetros do controlador MFAC. Vários casos de estudos serão testados e duas estratégias de ajustes para os parâmetros serão implementadas: uma estratégia off-line, na qual os parâmetros são otimizados em todo intervalo de operação, e outra on-line, onde o controlador usa os parâmetros otimizados na estratégia anterior, mas também realiza otimizações em intervalos menores, enquanto o controle atua, quando algumas situações são detectadas. Os resultados obtidos mediante simulações, sugerem que o controlador usando parâmetros otimizados off-line tem melhor desempenho do que um com parâmetros encontrados na literatura. Além disso, a estratégia de otimização on-line proposta, conseguiu melhorar ou pelo menos manter os benefícios obtidos com a otimização off-line. / As a result of the complexity increase in current industrial processes, requests for treatment of nonlinear systems have been overburdening modern control techniques. The modern control theory is based on a model to represent these processes, however complex models can result in a complicated and difficult controller to maintain. Data-Driven Control techniques are getting featured in areas where the system complexity, or the absence of a model, can be overcame by a lot of available data, which can be used to calculate the control signal directly. Among Data-Driven Control methods, the Model Free Adaptive Control (MFAC) technique stands out for characteristics, such as being on-line, using just input and output data from the plant and reference signal, as well as having formulations for systems with varying degrees of non-linearity. However, the MFAC is still making unanswered questions, such as the choice of controller parameters. The tuning of these parameters can be transformed into an optimization problem, nevertheless, a control project usually involves multiple objectives to be attended. Therefore, this work will define strategies and a multi-objective evolutionary algorithm, based on differential evolution and directed immigrants, to adjust the MFAC controller parameters. Several cases will be evaluated and two adaptive strategies for these parameters will be implemented: An off-line strategy, at which the parameters are optimized in all acting period, and another on-line, where the controller uses the optimized parameters obtained in the previous strategy performing optimizations at smaller intervals when some situations are detected. The results obtained through simulations suggest that the controller with optimized parameters off-line is better than parameters found in the literature. In addition, the proposed on-line strategy has been able to improve or at least maintain the benefits of off-line optimization.

O valor alfa é um critério extremamente importante, pois determina o tempo que um País levará para atingir suas metas na diminuição da distribuição das doses em trabalhadores envolvidos com fontes de radiação ionizante. Atualmente os paises adotam um valor único para ? baseado no Produto Interno Bruto per Capita. Neste trabalho, pretende-se mostrar que seria possível a escolha de uma curva para ? ao invés de um único valor. Esta curva por sua vez, seria capaz de fornecer valores para ? que estariam vinculados às maiores doses individuais observadas em cada processo de otimização, tanto de projeto quanto de operação. Os valores para a construção das curvas ?, aqui sugeridos, não dependeriam mais do Produto Interno Bruto per Capita mas seriam função da distribuição das doses individuais máximas e do prazo necessário para atingir a meta de 1/10 do limite de dose anual previsto, isto é, alcançar a região de doses individuais consideradas aceitáveis. Esta nova conceituação do valor alfa viria resolver muitos problemas criados pela teoria atual, entre os quais destacamos: a) somente pode ser realizada uma otimização para cada conjunto (família) de opções de radioproteção. b) cada país tem limites restritos diferenciados, que podem causar graves problemas nos intercâmbios internacionais. c) dificulta o cálculo de prováveis casos de morte em virtude do valor da dose coletiva, considerado indesejável pelos organismos internacionais. / The Alpha value is an extremely important criterion because it determines the time that each country takes to reach its proposals to decrease the doses to workers involved with ionizing radiation sources. Presently, countries adopt a single value for alpha based in the annual gross national product, GNP, per capita. The aim of this paper is to show that it should be more efficient the selection of a curve for alpha in place of a single value. This curve, in its turn, should allow an alpha value that would be constraint to the greatest individual doses present in each optimization process, applied to design and operation. These maximum individual doses should represent the dose distribution between the workers team. To build the curve, alpha values suggested will not be based on the GNP per capita but on a distribution function of the maximum individual doses and on the time necessary to reach the goal of 1/10 of the annual dose limit, that is, to reach the region where the individual doses are considered acceptable. This new alpha value approach solves several problems risen by the present methodology, among which we emphasize: a) It can be accomplished only one optimization for each radiological protection option set; b) each country may have different constraints limits that can create serious problems in the international interchange; c) it avoids the possibility to calculate the probable death rate due to the collective dose. This type of calculation is undesirable to international organization.

Orientador: Valeriano Antunes de Oliveira / Banca: Lucelina Batista dos Santos / Banca: Geraldo Nunes Silva / Resumo: Neste trabalho estudamos condicões necessárias e suficientes de otimalidade para problemas de controle ótimo com tempos finais livres, compreendendo o estudo do Princípio do Máximo e convexidade generalizada. Apresentamos as condições necessárias do princípio do máximo com tempos finais fixos e do princípio do máximo com tempos finais livres. Logo apresentamos as condições suficientes para problemas de controle ótimo com tempos finais fixos; introduzimos duas definições de convexidade generalizada, a primeira denominada PML-pseudoinvexidade, que envolve os multiplicadores de Lagrange e, a segunda denominada PM-pseudoinvexidade, que não envolve os multiplicadores de Lagrange. Mostramos que para um problema PML-pseudoinvexo todos os PM-processos (processos de controle que satisfazem as condições necessárias do princípio do máximo) são processos ótimos e reciprocamente os problemas tais que todos os PM-processos são ótimos, são problemas PML-pseudoinvexos; também mostramos que sob algumas condições, PML-pseudoinvexidade e equivalente a PM-pseudoinvexidade. Finalmente apresentamos as condições suficientes para problemas de controle ótimo com tempos finais livres; introduzimos uma de de nição de convexidade generalizada denominada PM-pseudoinvexidade livre, que não envolve os multiplicadores de Lagrange. Mostramos que sob algumas condições, se o problema e PM-pseudoinvexo livre, então todo PM-processo normal e um processo ótimo; também mostramos que sob algumas condições, se o problema e tal que todo PM-processo e um processo ótimo, então o problema e PM-pseudoinvexo livre / Abstract: In this work we study necessary and sufficient optimality conditions for free end-time optimal control problems, comprising the study of the Maximum Principle and generalized convexity. We introduce the necessary conditions of the xed end-time maximum principle and of the free end-time maximum principle. Next, we present sufficient conditions for xed end-time optimal control problems; we introduce two de nitions of generalized con- vexity, the rst called LMP-pseudoinvexity, which involves the Lagrange multipliers and the second called MP-pseudoinvexity, which does not involve the Lagrange multipliers. We show that for a LMP-pseudoinvex problem all the MP-processes (control processes that satisfy the necessary conditions of the maximum principle) are optimal processes and con- versely the problems such that all the MP-processes are optimal, are LMP-pseudoinvex problems; also we show that under some conditions, LMP-pseudoinvexity is equivalent to MP-pseudoinvexity. Finally, we present sufficient conditions for free end-time optimal control problem; we introduce a de nition of generalized convexity called MP-free pseudoinvexity, which does not involve the Lagrange multipliers. We show that under some conditions, if the problem is MP-free pseudoinvex, then all normal MP-processes are optimal; also we show that under some conditions, if the problem is such that every MP-process is an optimal process, then the problem is MP-free pseudoinvex / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2435_1.pdf: 3502745 bytes, checksum: 4d9345dea9759878dee2a393aa22325a (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Com o rápido aumento da capacidade computacional, o tema otimização avançou de maneira notável nos últimos anos. Atualmente inúmeras aplicações de projetos ótimos em diferentes especialidades, como mecânica estrutural, custos de produção, escoamento de fluidos, acústica, etc. têm sido descritas na literatura. Entretanto, na maioria das aplicações da engenharia, a abordagem tradicional é considerar modelos e parâmetros determinísticos. Infelizmente a abordagem determinística pode levar a soluções cujo desempenho pode cair significativamente devido às perturbações decorrentes das incertezas. Nestas circunstâncias, um objetivo melhor seria um projeto ótimo que tenha um alto grau de robustez. O processo de encontrar este ótimo é chamado Otimização Robusta (OR). Aqui, abordaremos duas técnicas para a análise de propagação de incerteza, não intrusivas, que utiliza modelos computacionais determinísticos: o método de Monte Carlo (MC) e o método da Colocação Probabilística ( Probabilistic Collocation Method ) (PCM). A análise de propagação de incerteza essencialmente envolve o cálculo de momentos estatísticos da função de interesse. Várias medidas de robustez têm sido propostas na literatura, em particular, o valor médio e o desvio padrão da função envolvida no problema de otimização serão considerados aqui. Quando estas medidas de robustez são usadas combinadas, a procura de projetos ótimos robustos surge como um problema de Otimização Multiobjetivo Robusta (OMR). Técnicas de Otimização Multiobjetiva permitem o projetista modelar um problema específico considerando um comportamento mais realista, o qual comumente envolve o atendimento de vários objetivos simultaneamente. O procedimento adequado, quando um problema multiobjetivo precisa ser resolvido, é determinar a fronteira de Pareto. Nos últimos 15 anos, distribuições eficientes de pontos de Pareto têm sido obtidas através de novos algoritmos como o NBI (Normal-Boundary Intersection) e o NNC (Normalized Normal-Constraint). Estas estratégias são implementadas aqui, junto com outras abordagens comumente utilizadas na literatura, como o método da soma ponderada e o método Min-Max. Como a geração de pontos de Pareto e a análise de incerteza podem ser muito custosas, técnicas de aproximação, baseada no uso do Método da Base Reduzida (MBR), são incorporadas ao nosso procedimento. O propósito do método é obter um modelo de alta fidelidade com custo computacional aceitável. Além disto, uma estratégia de separabilidade com uma decomposição afim, permite o desenvolvimento de uma estratégia eficiente de cálculo off-line/on-line , para a implementação computacional do MBR. Problemas contínuos em duas dimensões submetidos a carregamentos estáticos e térmicos são as aplicações consideradas neste trabalho, os desempenhos das diferentes estratégias examinadas são comparadas. A combinação das várias técnicas de aproximação descritas permitiu a obtenção das soluções OMR em pouco tempo computacional

O valor alfa é um critério extremamente importante, pois determina o tempo que um País levará para atingir suas metas na diminuição da distribuição das doses em trabalhadores envolvidos com fontes de radiação ionizante. Atualmente os paises adotam um valor único para ? baseado no Produto Interno Bruto per Capita. Neste trabalho, pretende-se mostrar que seria possível a escolha de uma curva para ? ao invés de um único valor. Esta curva por sua vez, seria capaz de fornecer valores para ? que estariam vinculados às maiores doses individuais observadas em cada processo de otimização, tanto de projeto quanto de operação. Os valores para a construção das curvas ?, aqui sugeridos, não dependeriam mais do Produto Interno Bruto per Capita mas seriam função da distribuição das doses individuais máximas e do prazo necessário para atingir a meta de 1/10 do limite de dose anual previsto, isto é, alcançar a região de doses individuais consideradas aceitáveis. Esta nova conceituação do valor alfa viria resolver muitos problemas criados pela teoria atual, entre os quais destacamos: a) somente pode ser realizada uma otimização para cada conjunto (família) de opções de radioproteção. b) cada país tem limites restritos diferenciados, que podem causar graves problemas nos intercâmbios internacionais. c) dificulta o cálculo de prováveis casos de morte em virtude do valor da dose coletiva, considerado indesejável pelos organismos internacionais. / The Alpha value is an extremely important criterion because it determines the time that each country takes to reach its proposals to decrease the doses to workers involved with ionizing radiation sources. Presently, countries adopt a single value for alpha based in the annual gross national product, GNP, per capita. The aim of this paper is to show that it should be more efficient the selection of a curve for alpha in place of a single value. This curve, in its turn, should allow an alpha value that would be constraint to the greatest individual doses present in each optimization process, applied to design and operation. These maximum individual doses should represent the dose distribution between the workers team. To build the curve, alpha values suggested will not be based on the GNP per capita but on a distribution function of the maximum individual doses and on the time necessary to reach the goal of 1/10 of the annual dose limit, that is, to reach the region where the individual doses are considered acceptable. This new alpha value approach solves several problems risen by the present methodology, among which we emphasize: a) It can be accomplished only one optimization for each radiological protection option set; b) each country may have different constraints limits that can create serious problems in the international interchange; c) it avoids the possibility to calculate the probable death rate due to the collective dose. This type of calculation is undesirable to international organization.

Devido aos constantes avanços computacionais, bem como o desenvolvimento de eficientes métodos para a solução de problemas de otimização não-lineares, tem-se tornado interessante a realização de otimização em tempo real e como conseqüência o uso de estimadores on-line em processos químicos não lineares. Neste sentido, a atualização automática de modelos de processos torna-se interessante permitindo a realização de estimativas em tempo real de variáveis infreqüentemente medidas e/ou imensuráveis e de variáveis estados e parâmetros desconhecidos que são variantes no tempo. Usualmente, a atualização automática de modelos é feita baseado em algumas variáveis secundárias que são medidas on-line, como temperatura, pressão, composição e vazão. Nos estimadores baseados no filtro de Kalman, como o EKF e CEKF, os esforços computacionais são relativamente pequenos, variando de um simples cálculo algébrico de um ganho, por exemplo, o EKF, até a resolução de problema de otimização quadrático, como exemplo o CEKF. Estes pequenos esforços computacionais permitem rápidos resultados com relativa acuracidade, mas estes estimadores baseados no filtro de Kalman podem falhar quando o sistema tem acentuada não-linearidade, por exemplo. De outra maneira, a formulação MHE é capaz de tratar uma vasta gama de sistemas não-lineares, como aqueles que têm inversão do sinal de ganho de acordo com o ponto de operação. No entanto, na formulação MHE tem-se a necessidade de se resolver um problema NLP não convexo com muitas equações de desigualdade e graus de liberdade, e como conseqüência o tempo de processamento torna-se maior que o tempo de amostragem, fazendo impraticável a execução de ações de controle sobre o sistema em tempo real. Assim, é necessário a implementação de eficientes técnicas para resolver de maneira rápida os problemas de otimização dinâmica envolvidos na formulação MHE. Neste trabalho as estratégias seqüencial e simultânea são exploradas, almejando-se a aceleração da solução dos estágios de integração e otimização dinâmica do estimador MHE, permitindo uma ampla avaliação entre o estimador MHE e os estimadores baseados no filtro de Kalman. Os estimadores foram aplicados para sete estudos de caso, como a planta de quatro tanques cilíndricos, o modelo do reator isotérmico com a reação de van de Vusse e o modelo de um CSTR exotérmico instável. A partir dos resultados, as vantagens e desvantagens da formulação via horizonte móvel são discutidas de modo a justificar o elevado esforço empregado na avaliação e projeto deste, comparado com os estimadores EKF e CEKF, quando o sistema tem acentuada não linearidade, incertezas no modelo e distúrbios e/ou ruídos nas medições. / Due to the constant computational advances, as well as the development of efficient methods for solving nonlinear optimization problems, it has become interesting to carry out dynamic optimizations in real time and the consequent use of on-line estimators on nonlinear chemical processes. In this framework, the automatic updating of process models becomes attractive to allow the accomplishment of real-time estimates of unmeasured or infrequent-measured variables, states variables and unknown or time-variant model parameters. Usually, the process model updating is made based on some auxiliary variables that are measured on-line, such as temperature, pressure, composition, and flow rate. In the traditional Kalman filter-based estimators, such as EKF and CEKF, the computational efforts are relatively small, ranging from a simple algebraic calculation of a gain, as in the EKF case, to the resolution of a quadratic optimization problem, like in the CEKF case. These small computational efforts allow faster results with relative accuracy, but these Kalman filter-based estimators may fail when the system has meaningful nonlinearities. On the other hand, the MHE formulation is able to treat a large range of nonlinear systems, as those that have the gain sign inversion according to the operating point. However, it has the necessity to solve possible non-convex NLP problem with many inequality equations and degrees of freedom, and as consequence, the processing time may become larger than the sampling time, making impracticable the execution of the control actions over the system in real time. Thus, it is necessary to implement efficient techniques to solve in a fast way the integration and dynamic optimization problems embedded in the MHE formulation. In this work, sequential and simultaneous strategies are explored to solve the estimators, aiming to speed up the solution of the integration and dynamic optimization stages, allowing a comprehensive evaluation between MHE and Kalman filter-based estimators. The estimators were applied to seven case studies, like the quadruple tank system, van de Vusse isothermal CSTR model and a more non-linear and unstable exothermal CSTR model. From the results, the advantages and drawbacks of the moving horizon formulation are brought up to justify the high effort spent in the design and evaluation phases, compared to the EKF and CEKF estimators, when the system has relatively high nonlinearities, model uncertainties and measurement disturbances.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-05-20T11:59:03Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1446939 bytes, checksum: 7ab36b9d33756a9533c436e49f289752 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-20T11:59:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1446939 bytes, checksum: 7ab36b9d33756a9533c436e49f289752 (MD5) Previous issue date: 2012-10-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O Single Vehicle Routing Problem with Deliveries and Selective Pickups (SVR- PDSP) ́e uma variação do clássico Vehicle Routing Problem (VRP). Tem recebido pouca atenção, apesar de possuir muitas aplicações práticas em cenários de logística reversa, como por exemplo em fábricas de bebidas, que ao mesmo tempo em que há uma demanda de supermercados e outras lojas por garrafas cheias, também existe uma demanda pela coleta de garrafas vazias a retornar para o depósito a fim de serem limpas e reutilizadas. Além disso também existe o Multiple Vehicle Routing Problem with De- liveries and Selective Pickups (MVRPDSP), o qual compartilha as mesmas aplicações, podendo até ser considerado mais prático do que o SVRPDSP, já que em casos reais são usuais cenários com multiplos veículos. Entretanto, com relação ao MVRPDSP não ́e de nosso conhecimento qualquer abordagem na literatura. Neste trabalho, para o SVR- PDSP, em termos de abordagens heurísticas, são propostos um Algoritmo Evolucionário Híbrido que faz uso de uma estrategia de data mining em seus operadores de crossover e mutação, além de um Variable Neighborhood Descent Algorithm (VND). Além disso, também ́e proposto um Branch&Cut para uma formulação matemática da literatura e uma nova formulação, a qual utiliza um tipo diferente de restrições para eliminação de subciclos. Com relação ao MVRPDSP, são propostas duas formulações matém práticas baseadas nos modelos matemáticos do SVRPDSP, e uma heurística construtiva híbrida do tipo cluster-first. Resultados experimentais indicam que a formulação proposta para o SVRPDSP possui um desempenho muito superior às da literatura, conseguindo encontrar a solução tima para mais da metade das instâncias. Para o MVRDPSP foram criadas instâncias de teste e s ̃ao reportados vários bons resultados, incluindo algumas soluções ́otimas. / The Single Vehicle Routing Problem with Deliveries and Selective Pickups (SVR- PDSP) is a variation of the classical Vehicle Routing Problem (VRP) that has received limited attention. It has many practical applications in reverse logistic contexts, such as in drink factories, which besides having to supply stores and supermarkets with full bottles, have to pickup empty bottles, returning them to the factory in order to be clean and refilled. There is also the Multiple Vehicle Routing Problem with Deliv- eries and Selective Pickups (MVRPDSP), which shares the same applications of the SVRPDSP. It is even more practical, since in real world cases it is commom having multiple vehicles. However, regarding the MVRPDSP, to our knowledge, there is not a single approach in the literature. In the present work, for the SVRPDSP, in terms of heuristic approaches, we propose a Hybrid Evolutionary Algorithm (EA) which makes use of a data mining strategy in its crossover and mutation phases; and a Variable Neighborhood Descent Algorithm (VND). In addition we also propose a Branch&Cut algorithm for an exact formulation of the literature and a novel formulation. Regarding the MVRPDSP we propose two formulations based on the ones of the single vehicle version of this problem and a hybrid cluster-first constructive heuristic. Experimental results show that the proposed formulation for the SVRPDSP outperforms by far the others from the literature, finding optimal solutions for more than half the instances of the benchmark used in the literature. For the MVRPDSP we created a benchmark of instances and report several good solutions, including some optimals. / Dissertação antiga, com título em inglês nos dois resumos

Made available in DSpace on 2015-09-17T15:24:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-02-20. Added 1 bitstream(s) on 2015-09-17T15:48:08Z : No. of bitstreams: 1 000843899.pdf: 517994 bytes, checksum: a54791f8368518a4a957793e48d72808 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Neste trabalho estudamos condicões necessárias e suficientes de otimalidade para problemas de controle ótimo com tempos finais livres, compreendendo o estudo do Princípio do Máximo e convexidade generalizada. Apresentamos as condições necessárias do princípio do máximo com tempos finais fixos e do princípio do máximo com tempos finais livres. Logo apresentamos as condições suficientes para problemas de controle ótimo com tempos finais fixos; introduzimos duas definições de convexidade generalizada, a primeira denominada PML-pseudoinvexidade, que envolve os multiplicadores de Lagrange e, a segunda denominada PM-pseudoinvexidade, que não envolve os multiplicadores de Lagrange. Mostramos que para um problema PML-pseudoinvexo todos os PM-processos (processos de controle que satisfazem as condições necessárias do princípio do máximo) são processos ótimos e reciprocamente os problemas tais que todos os PM-processos são ótimos, são problemas PML-pseudoinvexos; também mostramos que sob algumas condições, PML-pseudoinvexidade e equivalente a PM-pseudoinvexidade. Finalmente apresentamos as condições suficientes para problemas de controle ótimo com tempos finais livres; introduzimos uma de de nição de convexidade generalizada denominada PM-pseudoinvexidade livre, que não envolve os multiplicadores de Lagrange. Mostramos que sob algumas condições, se o problema e PM-pseudoinvexo livre, então todo PM-processo normal e um processo ótimo; também mostramos que sob algumas condições, se o problema e tal que todo PM-processo e um processo ótimo, então o problema e PM-pseudoinvexo livre / In this work we study necessary and sufficient optimality conditions for free end-time optimal control problems, comprising the study of the Maximum Principle and generalized convexity. We introduce the necessary conditions of the xed end-time maximum principle and of the free end-time maximum principle. Next, we present sufficient conditions for xed end-time optimal control problems; we introduce two de nitions of generalized con- vexity, the rst called LMP-pseudoinvexity, which involves the Lagrange multipliers and the second called MP-pseudoinvexity, which does not involve the Lagrange multipliers. We show that for a LMP-pseudoinvex problem all the MP-processes (control processes that satisfy the necessary conditions of the maximum principle) are optimal processes and con- versely the problems such that all the MP-processes are optimal, are LMP-pseudoinvex problems; also we show that under some conditions, LMP-pseudoinvexity is equivalent to MP-pseudoinvexity. Finally, we present sufficient conditions for free end-time optimal control problem; we introduce a de nition of generalized convexity called MP-free pseudoinvexity, which does not involve the Lagrange multipliers. We show that under some conditions, if the problem is MP-free pseudoinvex, then all normal MP-processes are optimal; also we show that under some conditions, if the problem is such that every MP-process is an optimal process, then the problem is MP-free pseudoinvex

Devido aos constantes avanços computacionais, bem como o desenvolvimento de eficientes métodos para a solução de problemas de otimização não-lineares, tem-se tornado interessante a realização de otimização em tempo real e como conseqüência o uso de estimadores on-line em processos químicos não lineares. Neste sentido, a atualização automática de modelos de processos torna-se interessante permitindo a realização de estimativas em tempo real de variáveis infreqüentemente medidas e/ou imensuráveis e de variáveis estados e parâmetros desconhecidos que são variantes no tempo. Usualmente, a atualização automática de modelos é feita baseado em algumas variáveis secundárias que são medidas on-line, como temperatura, pressão, composição e vazão. Nos estimadores baseados no filtro de Kalman, como o EKF e CEKF, os esforços computacionais são relativamente pequenos, variando de um simples cálculo algébrico de um ganho, por exemplo, o EKF, até a resolução de problema de otimização quadrático, como exemplo o CEKF. Estes pequenos esforços computacionais permitem rápidos resultados com relativa acuracidade, mas estes estimadores baseados no filtro de Kalman podem falhar quando o sistema tem acentuada não-linearidade, por exemplo. De outra maneira, a formulação MHE é capaz de tratar uma vasta gama de sistemas não-lineares, como aqueles que têm inversão do sinal de ganho de acordo com o ponto de operação. No entanto, na formulação MHE tem-se a necessidade de se resolver um problema NLP não convexo com muitas equações de desigualdade e graus de liberdade, e como conseqüência o tempo de processamento torna-se maior que o tempo de amostragem, fazendo impraticável a execução de ações de controle sobre o sistema em tempo real. Assim, é necessário a implementação de eficientes técnicas para resolver de maneira rápida os problemas de otimização dinâmica envolvidos na formulação MHE. Neste trabalho as estratégias seqüencial e simultânea são exploradas, almejando-se a aceleração da solução dos estágios de integração e otimização dinâmica do estimador MHE, permitindo uma ampla avaliação entre o estimador MHE e os estimadores baseados no filtro de Kalman. Os estimadores foram aplicados para sete estudos de caso, como a planta de quatro tanques cilíndricos, o modelo do reator isotérmico com a reação de van de Vusse e o modelo de um CSTR exotérmico instável. A partir dos resultados, as vantagens e desvantagens da formulação via horizonte móvel são discutidas de modo a justificar o elevado esforço empregado na avaliação e projeto deste, comparado com os estimadores EKF e CEKF, quando o sistema tem acentuada não linearidade, incertezas no modelo e distúrbios e/ou ruídos nas medições. / Due to the constant computational advances, as well as the development of efficient methods for solving nonlinear optimization problems, it has become interesting to carry out dynamic optimizations in real time and the consequent use of on-line estimators on nonlinear chemical processes. In this framework, the automatic updating of process models becomes attractive to allow the accomplishment of real-time estimates of unmeasured or infrequent-measured variables, states variables and unknown or time-variant model parameters. Usually, the process model updating is made based on some auxiliary variables that are measured on-line, such as temperature, pressure, composition, and flow rate. In the traditional Kalman filter-based estimators, such as EKF and CEKF, the computational efforts are relatively small, ranging from a simple algebraic calculation of a gain, as in the EKF case, to the resolution of a quadratic optimization problem, like in the CEKF case. These small computational efforts allow faster results with relative accuracy, but these Kalman filter-based estimators may fail when the system has meaningful nonlinearities. On the other hand, the MHE formulation is able to treat a large range of nonlinear systems, as those that have the gain sign inversion according to the operating point. However, it has the necessity to solve possible non-convex NLP problem with many inequality equations and degrees of freedom, and as consequence, the processing time may become larger than the sampling time, making impracticable the execution of the control actions over the system in real time. Thus, it is necessary to implement efficient techniques to solve in a fast way the integration and dynamic optimization problems embedded in the MHE formulation. In this work, sequential and simultaneous strategies are explored to solve the estimators, aiming to speed up the solution of the integration and dynamic optimization stages, allowing a comprehensive evaluation between MHE and Kalman filter-based estimators. The estimators were applied to seven case studies, like the quadruple tank system, van de Vusse isothermal CSTR model and a more non-linear and unstable exothermal CSTR model. From the results, the advantages and drawbacks of the moving horizon formulation are brought up to justify the high effort spent in the design and evaluation phases, compared to the EKF and CEKF estimators, when the system has relatively high nonlinearities, model uncertainties and measurement disturbances.