This work employs statistical and Bayesian techniques to analyze mathematical forward models with several sources of uncertainty. The forward models usually arise from phenomenological and physical phenomena and are expressed through regression-based models or partial differential equations (PDEs) associated with uncertain parameters and input data. One of the critical challenges in real-world applications is to quantify uncertainties of the unknown parameters using observations. To this purpose, methods based on the likelihood function, and Bayesian techniques constitute the two main statistical inferential approaches considered here. Two problems are studied in this thesis. The first problem is the prediction of fatigue life of metallic specimens. The second part is related to inverse problems in linear PDEs. Both problems require the inference of unknown parameters given certain measurements. We first estimate the parameters by means of the maximum likelihood approach. Next, we seek a more comprehensive Bayesian inference using analytical asymptotic approximations or computational techniques. In the fatigue life prediction, there are several plausible probabilistic stress-lifetime (S-N) models. These models are calibrated given uniaxial fatigue experiments. To generate accurate fatigue life predictions, competing S-N models are ranked according to several classical information-based measures. A different set of predictive information criteria is then used to compare the candidate Bayesian models. Moreover, we propose a spatial stochastic model to generalize S-N models to fatigue crack initiation in general geometries. The model is based on a spatial Poisson process with an intensity function that combines the S-N curves with an averaged effective stress that is computed from the solution of the linear elasticity equations.

Orientador: Vera Fernanda Martins Hossepian de Lima / Coorientador: Danísio Prado Munari / Banca: João Ademir de Oliveira / Banca: Sabrina Luzia Caetano / Resumo: As estimativas de parâmetros genéticos das características relacionadas à produção de ovos auxiliam no processo de seleção de linhagem de aves poedeiras. O objetivo deste trabalho foi estimar os parâmetros genéticos para as características de desempenho e reprodutivas, para fornecer suporte ao programa de melhoramento de poedeiras. As características reprodutivas estudadas foram registros de fertilidade (FERT), eclodibilidade (ECLO) e taxa de nascimento (NASC) medidas às 60 semanas de idade, e de desempenho foram peso corporal às 16 e 60 semanas de idade (PC16 e PC60), idade à maturidade sexual (IMS), relação alturalargura, peso e densidade dos ovos às 28, 36 e 40 semanas de idade (REL28, REL36, REL40, POVO28, POVO36, POVO40, DENS28, DENS36 e DENS40, respectivamente). Foram utilizados dados de 1894 animais, provenientes de três gerações de uma linhagem denominada CC, desenvolvida pelo Programa de Melhoramento Genético de Aves da Embrapa Suínos e Aves, em Concórdia, SC. Análises multicaracterísticas foram realizadas pela metodologia de inferência bayesiana por meio do software GIBBS2F90 para cada conjunto de características (desempenho e reprodutivas). O modelo estatístico considerou os efeitos aleatórios genético aditivo e residuais e o efeito fixo de geração. A variação das médias à posteriori das estimativas de herdabilidade para as características reprodutivas foi de 0,14±0,003 (ECLO) à 0,22±0,005 (FERT) e de 0,07±0,001 (REL28) à 0,42±0,001 (POVO40) para as características de desempenho. As médias à posteriori das estimativas de correlações genéticas entre as características reprodutivas variaram de 0,18±0,026 (FERT e ECLO) até 0,79±0,007 (FERT e NASC). Para as características de desempenho, as médias à posteriori das estimativas de correlação genética variaram de - 0,49±0,001 (POVO36 e DENS36) à 0,75±0,003 (DENS28 e DENS36). Em geral, as características poderiam ser... / Abstract: Genetic parameter estimates for traits associated to egg production help in the selection process of laying hens. The aim of this study was to estimate genetic parameters for performance and reproductive traits to provide support for an egg stock breeding program. The reproductive traits studied were fertility (FERT), hatchability (ECLO), birth rate (NASC) at 60 weeks of age and the performance traits were body weight at 16 and 60 weeks of age (PC16 and PC60), age at first egg (IMS), eggs height-width ratio, weight and density at 28, 36 and 40 weeks of age (REL28, REL36, REL40, POVO28, POVO36, POVO40, DENS28, DENS36 and DENS40, respectively). Data from 1894 animals from three generations of line of laying hens, developed by the Embrapa Poultry Breeding Program, Concordia, SC, was used. Analyses multi-trait were conducted by Bayesian inference through GIBBS2F90 software. The statistical model included the fixed effects of generation and additive and residual random. The posterior means of heritability for reproductive traits was 0.14 ± 0.003 (ECLO) to 0.22 ± 0.005 (FERT) and 0.07 ± 0.001 (REL28) to 0.42 ± 0.001 (POVO40) for the performance characteristics. The posterior means of genetic correlation estimates between reproductive traits ranged from 0.18 ± 0.026 (FERT and ECLO) to 0.79 ± 0.007 (FERT and NAAT). For performance traits, the posterior means of genetic correlation ranged from -0.49 ± 0.001 (POVO36 and DENS36) to 0.75 ± 0.003 (DENS28 and DENS36). In general, the traits could be used in animal breeding programs of laying hens because they have enough genetic variability to respond to selection, except for REL28. It is concluded that the applied selection on the birth rate would be most appropriate to improve fertility and hatchability of eggs. Also, the use of POVO40 could improve egg weight or uniformity thereof. If the selection is conducted to reduce body weight at 16 weeks of age, result in increased age at first egg ... / Mestre

Orientador: Sandra Aidar de Queiroz / Coorientador: Patrícia Tholon / Banca: Claudia Cristina Paro de Paz / Banca: Danísio Prado Munari / Abstract: Temperament is a trait of notable economic relevance, due to its association with management and productive trait, and can be used as a selection criterion of cattle, requiring identification of environmental factors that influence, as well as the verification of genetic variability and the interrelationship with the other characteristics of interest to the production system. The objective of this study was to estimate genetic, phenotypic and environmental parameters using four measures of temperament evaluated on Canchim cattle. The temperament measures used were: flight speed (TS), composite score of temperament (ECT), total score of temperament (ET) and reactivity (REAT). This study analyzed 2090 information of Canchim cattle from the Canchim farm belonging to Embrapa Pecuária Sudeste, located at São Carlos, SP. The temperament traits were analyzed using an animal model, through bi-trait analyzes. For all traits, the contemporaries group (CG) was formed by animals born in the same year and belonging to the same sex. The evaluations were carried out during the weaning, yearling and long yearling phases. The temperament measures showed heritability estimates ranging from 0,07 (0,142) (TS at weaning) to 0,36 (0,240) (TS at yearling) values of moderate to low magnitude that were influenced by management practices and environmental conditions, being important knowledge such factors for selection actions. The genetic correlation estimates were higher for ETxREAT (1.00 at long ye... (Complete abstract click electronic access below) / Resumo: As medidas de temperamento possuem notória relevância econômica devido a sua associação com características de interesse produtivo. Essas medidas podem ser utilizadas como critérios de seleção de bovinos, requerendo identificação de fatores ambientais que as influenciem, assim como a verificação de variabilidade genética e a inter-relação destas com as demais características de interesse ao sistema de produção. O objetivo deste estudo foi estimar parâmetros genéticos, fenotípicos e ambientais de quatro medidas de avaliação do temperamento de bovinos da raça Canchim. As medidas de temperamento utilizadas foram: tempo de saída (TS), escore composto de temperamento (ECT), escore total (ET) e reatividade (REAT). Neste trabalho foram analisadas 2090 informações de bovinos da raça Canchim provenientes da fazenda Canchim, pertencente à Embrapa Pecuária Sudeste, situada na cidade de São Carlos, SP. As características foram analisadas utilizando-se um modelo animal, por meio de análises bi-característica. Para todas as características, o grupo de contemporâneos (GC) foi formado por animais nascidos no mesmo ano e pertencentes ao mesmo sexo. As avaliações foram realizadas durante as fases de desmama, ano e sobreano. As medidas de temperamento apresentaram estimativas de herdabilidade que variaram de 0,07 (0,142) (TS na desmama) a 0,36 (0,240) (TS, ao sobreano). As baixas magnitudes das estimativas indicam que as características são influenciadas principalmente por práticas de manejo e... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Orientador: Maurício Mello de Alencar / Coorientador: Roberto Augusto de Almeida Torres Júnior / Banca: Cintia Righetti Marcondes / Banca: Maria Eugênia Zerlotti Mercadante / Banca: Henrique Nunes de Oliveira / Banca: Fernando Sebastian Baldi Rey / Resumo: A utilização de animais como reprodutores em programas de melhoramento genético de bovinos está associada ao registro genealógico pela Associação de Criadores. O objetivo neste trabalho foi avaliar e relacionar a aprovação dos animais ao registro genealógico definitivo com as características avaliadas no programa de avaliação genética da raça Canchim. Foram estimados parâmetros genéticos, por meio de modelo multicaracterística, para os pesos ao nascimento, ao desmame e ao sobreano, escores para conformação frigorífica ao desmame e ao sobreano, classificação final no registro ao desmame (CLD) e ao sobreano (CLS), escores para comprimento de umbigo e qualidade do pelo (PEL) avaliados ao desmame, e perímetro escrotal ao sobreano (PE), e por modelos bicaracterística para aprovação ao registro genealógico (AP) com cada uma das demais variáveis. A relação entre classificação final e as outras características avaliadas foi desdobrada pela análise de trilha para estimar efeitos diretos e indiretos. A probabilidade de aprovação ao registro genealógico foi estudada, as diferenças esperadas na progênie (DEP) para todas as características foram estimadas e foi elaborado o índice de qualificação genética (IQG) utilizado pelo Programa de Avaliação Genética do Canchim. Foi estimada a herdabilidade do escore de coloração da mucosa dos animais e foram obtidas as probabilidades de ocorrência de cada um dos escores de acordo com a coloração da mucosa dos pais. A probabilidade de um animal ser a... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The use of animals in beef cattle breeding programs is dependent on their approval to genealogical registry by the breeders association. The aim of this work was to evaluate and to relate the approval of the animals to the definitive genealogical record with the traits evaluated in the genetic evaluation program of the Canchim breed. Genetic parameters were estimated by means of a multi-trait model for birth, weaning and yearling (18 months of age) weights, slaughter conformation scores at weaning (CSW) and yearling (CSY), final registry classification scores at weaning (CLW) and yearling (CLY), navel and hair coat (HC) scores at weaning, and scrotal circumference at yearling (SCY), and using two-trait models for approval to registry (AR) with each of the above traits. The relationship of CLW and CLY with the other traits was studied by path analysis to estimate direct and indirect effects. Probabilities of approval to registry were studied, expected progeny differences (EPD) for all traits were estimated and a genetic qualification index (GQI) used by the Canchim Genetic Evaluation Program was obtained for each animal. Heritability was also estimated for color of the mucosa, and the probability of occurring the various color of mucosa in the offspring according to the mucosa of the parents were obtained. The probability of an animal being approved for registration by the Brazilian Canchim Breeders Association at weaning was 77.48%, 75.15% for males and 79.43% for females, while at yearling, given the approval at weaning, the probability was 87.36%, 86.43% for males and 87.83% for females. The total probability of an animal being approved for registration at yearling was 69.63%, 72.26% for females and 67.71% for males. The genetic correlations among the traits varied from low negative (-0.07) to high po... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Neste trabalho propõe-se um método de análise de observabilidade para estimação de estados e parâmetros em sistemas elétricos de potência, baseado nas equações normais. O método fundamenta-se na fatoração triangular da matriz ganho aumentada e nos conceitos de caminhos de fatoração. O mesmo utiliza rotinas já existentes no processo de estimação, sendo simples, de fácil implementação, rápida execução e não exige a solução de equações algébricas. Para comprovar a sua eficiência vários testes foram realizados, utilizando os sistemas de 6, 14 e 30 barras do IEEE, tendo sido satisfatórios os resultados obtidos. / In this work we propose a method of observability analysis for states and parameters estimation in electric power systems, based on the Normal Equations. The method is based on triangular factoration of the augmented gain matrix and on the concepts of factoration paths. It uses routines that there exist in the estimation process. These routines are simple, of easy implementation, fast execution and it doesn\'t demand the solution of algebraic equations. To prove your efficiency several tests were accomplished, using the 6, 14 and 30-bus IEEE test systems. The obtained results were satisfactory.

Neste trabalho, investigamos um algoritmo para estimação dos parâmetros de geradores síncronos baseado em análise de sensibilidade de trajetórias. Os parâmetros são estimados através da resolução de um problema de otimização não-linear de mínimos quadrados. Medidas são comparadas com as soluções obtidas dos modelos dinâmicos do gerador e o algoritmo busca minimizar a diferença entre as medidas e a saída do modelo matemático. As medidas foram obtidas de forma artificial por intermédios de simulações computacionais, admitindo-se não somente as dinâmicas transitórias da máquina, mas também considerando as dinâmicas sub-transitórias. O algoritmo proposto é adequado para medidas acessíveis em campo e permite estimar os parâmetros a partir de medidas de perturbações do sistema sem a necessidade da desconexão da máquina do sistema. A principal contribuição deste trabalho é a proposição de uma nova modelagem empregada para estimar os parâmetros do gerador síncrono. Para isto, propõe-se um modelo simplificado, modificado do modelo de dois eixos do gerador, que utiliza a corrente de campo do gerador como uma das entradas. Este modelo é constituído por um conjunto de equações algébrico-diferenciais (EADs) que contém uma equação algébrica de balanço de corrente. Esta equação elimina a necessidade de medidas de variáveis de difícil acesso. O algoritmo proposto foi testado com dados obtidos de simulações dinâmicas realizadas a partir de um sistema teste com resultados satisfatórios. Os resultados obtidos são analisados frente a resultados obtidos também para o modelo de dois eixos utilizando a tensão de campo como uma entrada. Através destes resultados é possível observar a possibilidade de sua utilização em aplicações reais. / In this work, we investigate an algorithm for estimating parameters of synchronous generators based on trajectories sensitivity analysis. The parameters are estimated by solving a nonlinear optimization problem of least squares. Measurements are compared with the solutions obtained from the dynamic model of the generator and the algorithm seeks to minimize the difference between the measurements and the output of the mathematical model. Measurements were obtained artificially by means of simulations, assuming not only the transient dynamics of the machine, but also considering the subtransient dynamics. The proposed algorithm is suitable for accessible measurements in the field and allows the estimation of parameters from measurements of system disturbances, without the necessity of disconnecting the machine from the system. The main contribution of this work is to propose a new generator model to estimate the parameters of the synchronous generator. To this end, a simplified model is proposed. This model is a modification of the two-axis model of the generator, which uses the generator field current as an input of the model. This model consists of a set of differential-algebraic equations (DAEs) containing an algebraic equation of balance of current. This equation eliminates the need of measuring variables that are difficult to access. The proposed algorithm has been tested with data obtained from dynamic simulations conducted from a test system with satisfactory results. The results has been analysed against the results of the two-axis model using the generator field voltage as an input of the model. These results indicate the possibility of application in real machines.

Neste trabalho propõe-se uma metodologia de estimação de parâmetros da máquina síncrona e do sistema de excitação baseada na técnica de sensibilidade de trajetória e sincronização de sistemas. Diversas metodologias de estimação de parâmetros foram propostas na literatura, cada uma com suas vantagens e desvantagens. Entretanto, poucas são adequadas para a estimação de parâmetros com o gerador em operação (on-line). A metodologia de sensibilidade de trajetória foi escolhida por permitir uma completa representação da máquina síncrona e do sistema de excitação incluindo as não linearidades como, por exemplo, os limites do sistema de excitação e a saturação do gerador. Foram propostas algumas alternativas para esta técnica visando uma futura aplicação on-line. Dentre as propostas destaca-se o uso da teoria de sincronização no processo de estimação de parâmetros. A metodologia desenvolvida é aplicada para identificar os parâmetros do gerador síncrono (modelo clássico, modelo de um eixo, e modelo de dois eixos). Também são relatados alguns dos problemas encontrados no momento de estimar vários parâmetros da máquina síncrona simultaneamente. A metodologia também é aplicada com sucesso para estimar os parâmetros do sistema de excitação (tipo ST1A e DC1). Por fim, analisa-se a influência dos parâmetros estimados na estabilidade transitória. Para tal objetivo são realizados testes de estabilidade em um pequeno sistema de potência sujeito a incertezas nos parâmetros / In this work a methodology to estimate parameters of synchronous machines and their excitation system based on trajectory sensitivity technique and system synchronization is proposed. Many methodologies for parameter estimation have been proposed in the literature, each one with advantages and desadvantages. However, only some of them are adequate to estimate parameters with generator in operation (on-line). The trajectory sensitivity methodology has been chosen as it allows a complete representation of generator and excitation system including non-linearities as, for instance, the limits of excitation system and saturation of generator. Some alternatives were proposed for this technique regarding a future on-line application. Among them, the use of synchronization theories in parameter estimation process is highlighted. The methodology developed is used to estimate the parameters of generators (classical model, one-axis model and two axis-model). Some problems to simultaneously estimate several parameters of a synchronous machine are also presented. The methodology is successfully used to estimate the parameters of the excitation system (type ST1A and DC1). Finally, the influence of the estimated parameters on transient stability is analyzed. For this aim, stability tests were performed in a small power system with uncertain parameters

Chan Kai Yam. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2001. / Includes bibliographical references (leaves 80-82). / Abstracts in English and Chinese. / Chapter 1 --- Introduction --- p.1 / Chapter 1.1 --- Parameter Identification in Heat Conduction Systems --- p.1 / Chapter 1.2 --- Inverse Problems --- p.3 / Chapter 1.3 --- Challenges in Inverse Problems --- p.6 / Chapter 2 --- Tools in Parameter Identification --- p.9 / Chapter 2.1 --- Output Least Squares Method --- p.10 / Chapter 2.2 --- Tikhonov Regularization --- p.11 / Chapter 2.3 --- Our Approach --- p.14 / Chapter 3 --- Numerical Implementations --- p.20 / Chapter 3.1 --- Finite Element Discretization and Its Convergence --- p.20 / Chapter 3.2 --- Steepest Descent Method --- p.22 / Chapter 3.3 --- Multigrid Techniques --- p.26 / Chapter 4 --- Numerical Experiments --- p.29 / Chapter 4.1 --- One Dimensional Examples --- p.30 / Chapter 4.1.1 --- Selection of mk --- p.31 / Chapter 4.1.2 --- Selection of nk --- p.34 / Chapter 4.1.3 --- Selection of Number of Levels in the Coarse Grid Correction Step --- p.37 / Chapter 4.1.4 --- Convergence with Different Regularization Pa- rameters γ --- p.39 / Chapter 4.1.5 --- Convergence with Different Initial Guesses --- p.42 / Chapter 4.1.6 --- Comparisons between MG and SG Methods --- p.44 / Chapter 4.1.7 --- Comparisons between MG and RMG Methods --- p.46 / Chapter 4.1.8 --- More Examples --- p.49 / Chapter 4.1.9 --- Coarse Grid Correction in Another Approach --- p.60 / Chapter 4.2 --- Two Dimensional Examples --- p.71 / Chapter 4.3 --- Conclusions --- p.78 / Bibliography --- p.80

"In this thesis, we study distributed statistical learning, in which multiple terminals, connected by links with limited capacity, cooperate to perform a learning task. As the links connecting the terminals have limited capacity, the messages exchanged between the terminals have to be compressed. The goal of this thesis is to investigate how to compress the data observations at multiple terminals and how to use the compressed data for inference. We first focus on the distributed parameter estimation problem, in which terminals send messages related to their local observations using limited rates to a fusion center that will obtain an estimate of a parameter related to the observations of all terminals. It is well known that if the transmission rates are in the Slepian-Wolf region, the fusion center can fully recover all observations and hence can construct an estimator having the same performance as that of the centralized case. One natural question is whether Slepian-Wolf rates are necessary to achieve the same estimation performance as that of the centralized case. In this thesis, we show that the answer to this question is negative. We then examine the optimality of data dimensionality reduction via sufficient statistics compression in distributed parameter estimation problems. The data dimensionality reduction step is often needed especially if the data has a very high dimension and the communication rate is not as high as the one characterized above. We show that reducing the dimensionality by extracting sufficient statistics of the parameter to be estimated does not degrade the overall estimation performance in the presence of communication constraints. We further analyze the optimal estimation performance in the presence of communication constraints and we verify the derived bound using simulations. Finally, we study distributed optimization problems, for which we examine the randomized distributed coordinate descent algorithm with quantized updates. In the literature, the iteration complexity of the randomized distributed coordinate descent algorithm has been characterized under the assumption that machines can exchange updates with an infinite precision. We consider a practical scenario in which the messages exchange occurs over channels with finite capacity, and hence the updates have to be quantized. We derive sufficient conditions on the quantization error such that the algorithm with quantized update still converge."

Neste trabalho é abordada a estimação de parâmetros de motores de indução trifásicos através de métodos diferentes daqueles normalizados por normas técnicas. Inicialmente é apresentada uma revisão bibliográfica dos principais métodos alternativos encontrados na literatura, onde são discutidas as vantagens e desvantagens de cada um deles. Também é abordado o problema da variação dos parâmetros durante a operação do motor devido a fenômenos como o efeito pelicular e a saturação no ferro. São propostos três métodos de estimação dos parâmetros da máquina de indução trifásica que utilizam apenas medições de tensões e correntes do estator. O primeiro método utiliza a impedância instantânea vista dos terminais do estator na estimação dos parâmetros. O segundo é baseado em ensaios de decaimento, visando a obtenção do valor de regime permanente da constante de tempo do rotor. Já o terceiro método proposto envolve a aplicação do primeiro método em segmentos do conjunto de dados, denominados de janelas móveis, a fim de se obter a variação dos parâmetros com a frequência das tensões e correntes induzidas no rotor. Esta variação ocorre principalmente devido ao efeito pelicular. São apresentados algoritmos para a estimação das grandezas não medidas porém necessárias nos métodos propostos, tais como a velocidade do rotor, fluxo do estator e torque eletromagnético. Também é realizada a estimação dos parâmetros mecânicos do motor. Os três métodos são validados através de simulações e experimentos envolvendo motores de diferentes potências, onde é possível observar os efeitos da variação dos parâmetros. Por fim, a eficácia dos métodos é avaliada através de comparações entre as correntes obtidas da simulação do motor com os parâmetros estimados e as correntes efetivamente medidas durante os ensaios. Observa-se que no caso do motor de baixa potência, admitir a variação dos parâmetros não melhora os resultados. Por outro lado, no caso dos motores de maior potência os erros envolvidos quando se admite variação nos parâmetros com a frequência do rotor é consideravelmente menor do que os erros obtidos através da simulação com parâmetros constantes. / In this work, the estimation of the parameters of three phase induction motor is approached through alternative methods. Firstly, it is presented a literature review of the commonly used methods, where the advantages and disadvantages of each one are discussed. The problem of parameter variation during the motor operation due to phenomena as skin-effect and iron saturation is also discussed. Three methods aiming at the estimation of the induction motors parameters are presented, where only stator voltages and currents measurements are required. The first method uses the instantaneous impedance as seen from the stator terminals for the parameter estimation. The second one is based on deceleration tests, aiming to obtain the steady-state value of the rotor time constant. The third method involves the application of the first method to segments of the data, named moving windows. The objective is to assess the parameter variation with the rotor frequency, mainly due to skin-effect. Algorithms for estimation of quantities such as rotor speed, stator flux and electromagnetic torque are presented. A method to estimate mechanical parameters is also presented. The three methods are validated through simulation and experimental tests with motors of different power. Using the proposed methods, it is possible to observe the parameter variation effects. Finally, the accuracy of the methods is evaluated through comparisons between the stator currents simulated with the estimated parameters and the measured currents. In the case of low power motor, no significant improvement in the results were observed when varying parameters are assumed. On the other hand, in the case of high power motors the errors considering varying parameters with the rotor frequency are considerably lower than those obtained through simulation with constant parameters.