Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) guidés par IRM et combinés à la thermométrie basée sur la fréquence de résonance du proton (PRF) sont une technique prometteuse pour l’ablation non invasive de tumeurs, le dépôt local de médicaments et l’activation des transgènes. Ce travail présente de nouveaux développements dans le domaine de la thermométrie PRF en présence de mouvement physiologique périodique associé aux variations du champ magnétique. De nouvelles stratégies de correction sont proposées et exploitent la méthode multi-baseline établie en incluant un modèle de variation de phase. Elles sont illustrées avec des exemples de thermométrie dans le sein et dans le cœur humain. De plus, d’autres facteurs influençant la thermométrie PRF, notamment la présence de graisse dans le sein et le flux sanguin dans le cœur, sont étudiés. Dans la seconde partie de ce travail a été abordée la problématique du contrôle précis de la température. Une première approche propose un algorithme de contrôle proportionel, intégral et dérivatif (PID) amélioré utilisant des paramétres de contrôle adaptatifs. En étendant ce concept à un contrôle 3D de la température, une implémentation de chauffage volumétrique est proposée. Par ailleurs, une nouvelle méthode de repositionnement dynamique de la coupe d’imagerie permet de fournir des informations volumétriques sur l’anatomie et la température en temps réel. La combinaison avec la compensation 2D de mouvement et l’adaptation du faisceau ultrasonore permet la réalisation d’un chauffage volumétrique suivant une courbe de température ou de dose thermique prédéfinie qui fonctionne même en présence de mouvements. / MR-guided high-intensity focused ultrasound (HIFU) using proton resonance frequency (PRF) based thermometry is a promising technique for non-invasive ablations in tumor therapy as well as for targeted drug delivery and the activation of transgenes. This work presents further developments in the field of PRF thermometry in the presence of periodical physiological motion and the associated magnetic field variations. Using the examples of thermometry in the human breast and the human heart, new correction strategies are presented which extend the established multi-baseline phase correction to include a model of the phase variation and external sensor readings from a pencil-beam navigator. In addition further factors, namely the presence of fat in the breast and blood flow in the heart influencing the performance of MR thermometry in these organs are examined.In the second part of this work, the issue of precise temperature control has been approached in two ways. First, an improved proportional, integral and derivative (PID) controller using adaptive control parameters is developed. By expanding the concept of temperature control to 3D, an implementation of volumetric heating is presented. A novel slice sweep technique provides volumetric anatomic and temperature information in near-real time. The combination with 2D motion compensation and adaptation of the ultrasound beam position allows to achieve volumetric heating according to a pre-defined target temperature or thermal dose value even in the presence of motion.

Evolutionary algorithms have proved to be useful for tackling many practical black-box optimization problems. In this thesis, we describe one of the most powerful evolutionary algorithms of today, CMA- ES, and apply it in novel way to solve the problem of tuning multiple coupled PID controllers in combustion engine models. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

[pt] Os laboratórios projetados para testes de motores de combustão interna trabalham sob normas que especificam métodos de ensaios aplicados à avaliação do desempenho do motor. Um motor veicular testado em um dinamômetro de bancada possui equipamentos auxiliares necessários para garantir condições de ensaio específicas, tal como a temperatura do ar de admissão, que deve ser mantida dentro dos valores indicados nas condições-padrão de referência da aplicação pretendida. Diante deste cenário, é evidente a importância de um estudo dos sistemas de condicionamento presentes nas salas de testes de motores. Esta dissertação apresenta o projeto, dimensionamento e simulação de um sistema de condicionamento que controla a temperatura e umidade do ar de admissão para realização de testes de motores de combustão dispostos em dinamômetros de bancada, independente das condições ambientais. A modelagem dinâmica do condicionador de ar e seus componentes (trocador de calor de água gelada, aquecedor elétrico e umidificador) foi implementada no EES. O sistema de controle PID com dois esquemas de ajuste de ganhos (utilizando a fórmula de Ziegler-Nichols, e auto-sintonizado on-line por um sistema supervisório fuzzy) foi desenhado no MATLAB. Para avaliar o desempenho do condicionador e do seu sistema de controle foi estabelecida uma comunicação através do intercâmbio dinâmico de dados entre o MATLAB e o EES. Um estudo de simulação comparativa entre ambos esquemas de ajuste dos controladores, mostra que a estratégia de controle fuzzy supervisório PID proposta permite obter um melhor desempenho dinâmico do sistema condicionador, em termos de estabilidade diante variações tanto na vazão quanto nas condições do ar de admissão, segundo os resultados obtidos na simulação com dados experimentais de um motor Diesel testado sob o ciclo de ensaios dos 13 modos em estado estacionário (ESC test) para certificação de emissões. / [en] Engine testing laboratories designed for automotive vehicles operate under standards that specify test methods used to evaluate the performance of internal combustion engines. A vehicle engine tested on a dynamometer bench has auxiliary equipment required in order to ensure the test conditions, such as intake air temperature which must be maintained within the specified values by standard reference conditions of the intended application. Given this backdrop, it is clear the importance of study of conditioning systems present in engine test facilities. This dissertation presents the design, implementation and simulation of a conditioning system that controls temperature and humidity of the intake air for testing of combustion engines arranged in a dynamometer bench, regardless of ambient conditions. The dynamical modelling of the air conditioner and its components (chilled water heat exchanger, electric heater and humidifier) was implemented in EES. The PID control system with two gains adjustment schemes (using the Ziegler-Nichols formula, and self-tuned on-line with a fuzzy supervisory system) was designed in MATLAB. The conditioning unit performance and its control system was assessed using a communication established through of the dynamic data exchange between EES and MATLAB. A comparative simulation study on both schemes for tuning of controllers shows that the use of the PID supervisory fuzzy control strategy proposed allows for considerable improvements in dynamic performance of the system, in terms of stability on both variation in flow rate and conditions of the intake air, according to the results obtained in the simulation with experimental data of a heavy-duty Diesel engine over the test cycle 13 steady state modes (ESC test) for emission certification.

O objetivo do trabalho é apresentar o desenvolvimento, simulação e resultados práticos de um Sistema de controle de temperatura, para Experimentos Biomédicos que utilizam soluções aquecidas com vazão variável. O Sistema utiliza um Trocador de Calor projetado para aquecer uma solução que entra no dispositivo a uma temperatura inferior ou igual à do ambiente e sai com o valor programado. A solução é aquecida a partir da água de um reservatório com temperatura controlada. O Controlador de temperatura é do tipo proporcional-integral-derivativo digital e utiliza um microcontrolador para implementação do algoritmo de controle, da aquisição do sinal dos sensores de temperatura, do comando de atuadores e da interface com o usuário / The objective of the work is to present the development, simulation and practical results of a temperature control System for Biomedical Experiments that utilize heated solutions with variable outflow. The System uses a Heat Exchanger designed to heat the solution that enters into device with a lower or the same temperature as the environment and leaves with the programmed value. The Biomedical solution is heated using the Heat Exchanger and water of the reservoir where the temperature is controlled. The digital proportional-integral-derivative temperature Controller takes use of a microcontroller for implementation of the control algorithm, data acquisition of the temperature sensors, command of actuators and user interface

Este trabalho trata do projeto de um novo modelo de porta ferramenta assistido para ser utilizado em usinagens de ultraprecisão. O projeto conceitual foi concebido utilizando definições e princípios de projeto de maquinas de ultraprecisão. Com o modelamento concluído teve início a fase de simulação em elementos finitos. Simulações estáticas feitas com os materiais utilizados na fabricação do PFA - alumínio AISI 7075 e aço SAE 1020 - vieram comprovar a eficiência deste modelo, no que diz respeito ao deslocamento sob ação da carga aplicada por um atuador piezelétrico com deslocamento de 30m. Simulações dinâmicas também vieram comprovar que o modelo opera com deslocamentos de 30m e frequências de até 700 Hz utilizando o material de construção do PFA Al 7075, com quase nenhuma histerese. Em paralelo, foi projetado um sistema de controle proporcional integral derivativo (PID) para corrigir o posicionamento da ferramenta ao longo de todo o deslocamento. A geração de formas de ondas do tipo senoidal, quadrada, triangular e dente de serra para o deslocamento servem de forma a proporcionar usinagens variadas com alta precisão de deslocamento. A validação consistiu de testes em bancada e usinagens em alumínio AISI 6100, com variação de formas de onda e deslocamentos. Os resultados mostraram que este projeto de PFA em conjunto com o projeto do sistema de controle PID atuou perfeitamente para usinagens até 15m com frequências de até 30Hz / This paper addresses the design of a new model of assisted toolholder to be used in ultraprecision machining. The conceptual design was conceived utilizing definitions and design principles of ultraprecision machines. Finite element was performed once the modeling was completed. Static simulations with the material used to manufacture the PFA (AISI 1020 steel and 7075 aluminum) have proved the efficiency of this model, with regard the displacement of the tool under the action of a load of a piezoelectric actuator. Also dynamic simulations have demonstrated that the model operates with 30m displacements and frequencies of 700Hz using Al 7075 material with almost no hysteresis. In parallel, a proportional integral derivative (PID) control system was designed to correct positioning of the tool throughout the entire range of displacements. Sinusoidal, square, triangular and saw tooth waveforms were generated as a means of validate the displacement of the PFA during the machining of various features using a high precision control system. The validation consisted of tests during the machining of 6100 aluminum, with a range of waveforms and displacements and non-machining tests with the same displacements and frequencies. The results showed that the PFA design together with the control system acted perfectly for amplitudes up to 15m with frequencies up to 30Hz.

O elemento final de controle mais usado nas malhas de processo na indústria é a válvula de controle. Portanto, é necessário assegurar que ela possua o melhor desempenho possível, a fim de assegurar um funcionamento satisfatório da malha de controle. Devido ao desgaste natural das partes móveis e o ressecamento das gaxetas, as válvulas apresentam atrito que insere oscilações na abertura da válvula e devido a seu comportamento não linear que diminui a eficiência do controle. A presença de oscilações nas malhas de controle aumenta a variabilidade das variáveis de processo, o desgaste dos componentes e o consumo de energia, além de provocar o desperdício de materiais. Por isto, no presente trabalho são estudados e implementados diferentes compensadores de atrito existentes na literatura, visando reduzir o efeito do atrito nas válvulas e, por sua vez as oscilações na variável do processo. Estes métodos são aplicados na Planta Piloto de Neutralização de pH do Laboratório de Controle de Processos Industriais (LCPI). O processo de neutralização de pH é não-linear e apresenta características variantes no tempo, as quais tornam mais complexo o controle do processo. Inicialmente foi feita a implementação dos compensadores em um software acadêmico (MATLAB®), devido à familiaridade que se tem com ele, o que facilitou um melhor entendimento dos métodos de compensação junto com o controlador PID no processo. Em uma segunda etapa, a fim de trazer os estudos a um ambiente mais prático, foram implementados os algoritmos de compensação de atrito em um sistema de controle industrial (ABB®). Nos dois casos se realizaram testes em modo servo e regulatório e se avaliaram os resultados obtidos usando o índice ITAE (Integral Time Absolute Error). Os resultados evidenciam que os compensadores conseguem diminuir a variabilidade na válvula de controle, sendo que o compensador CR2 apresentou o melhor desempenho para o modo servo e regulatório. / The most used final control element in process loops in the industry is the control valve. It must ensure that it has the best possible performance in order to guarantee a satisfactory operation of the control loop. Due of the natural wear of moving parts and drying gaskets, valves exhibit friction. This friction inserts oscillations in the valve opening and due to its non-linear behavior; this causes the efficiency to decrease. The presence of oscillations in the control loop increases the variability of the process variables, the component wear, energy consumption and cause a waste of materials. Therefore, in this work we studied and implemented different friction compensation methods that exist in literature, in order to reduce the effect of friction on the valves and in turn the oscillations in the process variable. These methods are applied in the Pilot Plant Neutralization pH of Industrial Process Control Laboratory (LCPI), the pH neutralization process is nonlinear and presents time-varying characteristics, these characteristics become the control process more complex. Initially, it was made the implementation of compensation methods in academic software (MATLAB®), due to the familiarity that already exist with it, which facilitated a better comprehension of the compensation methods with the PID controller in the process. In a second step, in order to bring the study to a more practical environment, the friction compensation algorithms were implemented in an industrial control system (ABB®). In both cases were performed tests inn servo and regulatory mode, and evaluated the results using the ITAE index (Integral Time Absolute Error). The results show that in general terms that the compensating methods showing a very satisfactory performance, with the compensator CR2 showed the best performance for the servo and regulatory mode.

A identificação de sistemas industriais tem aplicação industrial principalmente na sintonia de malhas de controle. A sintonia freqüente das malhas de controle possibilita a manutenção das características de desempenho do processo industrial durante o ciclo de vida da produção. O fato de ser remota, neste trabalho realizada via as interfaces OPC e CyberOPC, possibilita inúmeras aplicações práticas como a terceirização do serviço por empresas especializadas ou a centralização da otimização nas empresas constituídas por áreas distribuídas. Este trabalho propõe e testa experimentalmente, em sistemas lineares de primeira ordem com tempo morto, uma ferramenta computacional de identificação e sintonia remota de malhas de controle em malha aberta ou fechada utilizando controladores PID em ambiente industrial, que preenche os requisitos acima citados em uma plataforma única, e desta forma tem aplicação no ambiente industrial para ajustar as malhas de controle e em ambiente acadêmico como ferramenta de estudo de aplicações de controle e de redes industriais. / The identification of industrial systems has industrial application mainly in control loop tuning. The frequent tuning of the control loop allows the maintenance of performance characteristics for industrial process during the production life cycle. Remote tuning, using OPC and CyberOPC interfaces, supports several practical applications, such as specialized companies outsourcing services or companies distributed in different areas centralizing optimization. This project proposes and validates experimentally in first order plus dead time systems a software tool for remote identification and tuning of open or close PID control loops in an industrial environment that fulfils the requirements described above, in a single platform. The software tool could be used in control loops tuning in industrial systems, as well as in an academic environment simulating control applications and industrial networks.

La maladie de Whipple (MW) est une maladie infectieuse rare, sévère et chronique qui ne touche qu’une minorité d’individus infectés par Tropheryma whipplei (T. whipplei). Le portage chronique et asymptomatique de T. whipplei est moins rare. La pathogénie de la MW reste largement inconnue. Par une approche génétique combinant une analyse de liaison du génome entier et le séquençage de l’ensemble des exons, nous avons testé l’hypothèse d’une prédisposition génétique à la MW. Nous avons étudié une famille multiplexe comprenant quatre patients atteints de la MW mais n’ayant pas d’autres pathologies associées et cinq porteurs asymptomatiques de T. whipplei, pour laquelle nous avons envisagé un modèle autosomique dominant (AD) avec une pénétrance incomplète liée à l’âge. Nous avons montré que la mutation c.292 C>T (p.R98W) dans le gène IRF4 était le seul variant hétérozygote très rare et non-synonyme commun aux quatre patients. Chez la souris, le gène Irf4 est un facteur de transcription qui joue un rôle pléiotrope dans l’immunité. La caractérisation moléculaire de l’allèle muté a montré un effet délétère par un mécanisme d’haplo-insuffisance pour la fonction de facteur de transcription de la protéine. Une augmentation de la localisation cytoplasmique de la protéine a également été observée. De plus, le défaut IRF4 étudié confère une réponse transcriptomique distincte dans les leucocytes stimulés par le BCG ou T. whipplei. En conclusion, nous avons identifié la première étiologie génétique associée à la MW. Le mode d’hérédité est AD avec une pénétrance incomplète, le portage chronique précédant probablement la MW de plusieurs décennies chez les individus hétérozygotes infectés par T. whipplei. Ces travaux permettront de mieux comprendre la pathogénie de la MW, de mieux définir les mécanismes de l’immunité contre T. whipplei et de pouvoir offrir un diagnostic moléculaire et génétique adapté aux familles. / Whipple's disease (WD) is a rare, severe and chronic infectious disease that affects only a small minority of individuals infected with Tropheryma whipplei (T. whipplei). The chronic and asymptomatic carriage of T. whipplei is less rare. The pathogenesis of WD remains largely unknown. Using a genetic approach combining genome-wide linkage and whole exon sequencing, we tested the hypothesis of a genetic predisposition to WD. We studied a multiplex family containing four otherwise healthy WD patients and five asymptomatic T. whipplei carriers. We tested the hypothesis that WD follows autosomal dominant (AD) inheritance with age-dependent incomplete penetrance. We showed that the c.292 C> T mutation (p.R98W) of IRF4 gene was the only heterozygote variant that was very rare and non-synonymous for all four patients. In mice, the Irf4 gene is a transcription factor that plays pleiotropic roles in immunity. Molecular characterization of the mutated allele showed a deleterious effect by a haplo-insufficiency mechanism for the transcription factor function of the protein. Increase localization of the protein in the cytoplasmic has also been observed. In addition, the defect IRF4 studied confers a distinct transcriptomic response in leukocytes stimulated by BCG or T. whipplei. In conclusion, we identified the first genetic etiology associated with WD. The mode of inheritance is AD with incomplete penetrance, chronic carriage probably preceding WD for several decades in heterozygous individuals infected with T. whipplei. This work will help to better understand the pathogenesis of WD, to better define the mechanisms of immunity against T. whipplei and to be able to offer a molecular and genetic adapted diagnosis to families.

Este trabalho trata do projeto de um novo modelo de porta ferramenta assistido para ser utilizado em usinagens de ultraprecisão. O projeto conceitual foi concebido utilizando definições e princípios de projeto de maquinas de ultraprecisão. Com o modelamento concluído teve início a fase de simulação em elementos finitos. Simulações estáticas feitas com os materiais utilizados na fabricação do PFA - alumínio AISI 7075 e aço SAE 1020 - vieram comprovar a eficiência deste modelo, no que diz respeito ao deslocamento sob ação da carga aplicada por um atuador piezelétrico com deslocamento de 30m. Simulações dinâmicas também vieram comprovar que o modelo opera com deslocamentos de 30m e frequências de até 700 Hz utilizando o material de construção do PFA Al 7075, com quase nenhuma histerese. Em paralelo, foi projetado um sistema de controle proporcional integral derivativo (PID) para corrigir o posicionamento da ferramenta ao longo de todo o deslocamento. A geração de formas de ondas do tipo senoidal, quadrada, triangular e dente de serra para o deslocamento servem de forma a proporcionar usinagens variadas com alta precisão de deslocamento. A validação consistiu de testes em bancada e usinagens em alumínio AISI 6100, com variação de formas de onda e deslocamentos. Os resultados mostraram que este projeto de PFA em conjunto com o projeto do sistema de controle PID atuou perfeitamente para usinagens até 15m com frequências de até 30Hz / This paper addresses the design of a new model of assisted toolholder to be used in ultraprecision machining. The conceptual design was conceived utilizing definitions and design principles of ultraprecision machines. Finite element was performed once the modeling was completed. Static simulations with the material used to manufacture the PFA (AISI 1020 steel and 7075 aluminum) have proved the efficiency of this model, with regard the displacement of the tool under the action of a load of a piezoelectric actuator. Also dynamic simulations have demonstrated that the model operates with 30m displacements and frequencies of 700Hz using Al 7075 material with almost no hysteresis. In parallel, a proportional integral derivative (PID) control system was designed to correct positioning of the tool throughout the entire range of displacements. Sinusoidal, square, triangular and saw tooth waveforms were generated as a means of validate the displacement of the PFA during the machining of various features using a high precision control system. The validation consisted of tests during the machining of 6100 aluminum, with a range of waveforms and displacements and non-machining tests with the same displacements and frequencies. The results showed that the PFA design together with the control system acted perfectly for amplitudes up to 15m with frequencies up to 30Hz.

Trata do desenvolvimento de um porta-ferramenta translativo (PFT). Objetiva o microposicionamento relativo ferramenta/peça durante a usinagem de ultraprecisão, para atender à tolerâncias nanométricas. Define esse microposicionamento com o emprego de atuador piezelétrico. Mostra alguns aspectos de projeto aplicados à engenharia de precisão que foram usados no desenvolvimento do PFT. Relata as técnicas de controle aplicadas como PID e compensador por atraso de fase. Realiza uma análise para verificação dos modos de vibrar do PFT, identificando assim as freqüências naturais do sistema. Apresenta um modelo ideal, ou seja, todos os componentes foram fabricados e montados para a realização dos testes. Propõe que a estratégia de controle seja baseada em processar sinais adquiridos ao longo do microposicionamento da ferramenta para identificar a condição de posicionamento relativo ferramenta/peça e obter informações que foram posteriormente usadas em um controlador PID, para realimentação de posição. Conclui com a avaliação e testes experimentais de deslocamento da ferramenta de corte, até 25 &#956m; com freqüência, até 10 Hz, realizados com o PFT projetado. / This work deals with the development of a tool post (PFT) for the micropositioning of a tool during ultraprecision machining in the nanometric range. Micropositioning employing piezoelectric actuators is defined. Precision engineering designs aspects applied to the development of the PFT are discussed. Control techniques such as PID and phase-lag compensator are addressed. A computer simulation for the verification of the vibrating modes of the PFT, with the simultaneous identification of the natural frequencies is carried out. An ideal model - all components will be manufactured and assembled - is presented. A control strategy based on the processing of signals acquired during the micropositioning of the tool to identify the positioning condition and to obtain information to be used by a PID controller is proposed. Experimental tests are performed with displacement of the tool, up to 25 &#956m, with frequency, up to 10 Hz.