Neste trabalho foram desenvolvidas duas técnicas de sintonia para controladores preditivos por modelo. Ambas visam minimizar a soma do erro quadrático entre respostas do sistema em malha fechada e trajetórias de referência pré-definidas; a primeira resolve um problema de otimização lexicográfica enquanto a segunda resolve um problema de otimização de compromisso. As vantagens dos métodos apresentados são: maior automatização, definição de objetivos de sintonia intuitiva que considera especificações na dinâmica do processo, uma métrica no domínio do tempo e é capaz de incluir o conhecimento do engenheiro de controle em uma técnica de sintonia confiável. Um estudo de caso no sistema de craqueamento catalítico ilustrou a flexibilidade de definição dos objetivos da técnica lexicográfica. Um estudo de caso sobre uma coluna de fracionadora de óleo pesado em malha fechada com um controlador preditivo por modelo comparou ambas as estratégias de sintonia desenvolvidas aqui e pode-se concluir que a técnica lexicográfica dá prioridade aos objetivos importantes enquanto a técnica de compromisso calcula uma solução média, com respeito aos objetivos. A técnica de compromisso foi comparada a um método de sintonia da literatura quanto a aplicação em um controlador preditivo de horizonte infinito com targets para as entradas e controle por faixas das saídas com uma coluna de destilação. Observou-se que a técnica desenvolvida aqui é computacionalmente mais rápida e não requer a escolha de uma solução não-dominada dentre um conjunto de soluções de Pareto. Aplicações reais de controle preditivo são severamente afetadas por incerteza de modelo. Estendeu-se as técnicas desenvolvidas aqui para considerar o caso de incerteza multi-planta, calculando parâmetros de sintonia robustos para controladores nominais, visando tratar o compromisso entre performance e estabilidade e robustez da malha fechada. Um controlador preditivo de horizonte infinito foi sintonizado de forma robusta e comparado com um controlador preditivo robusto em malha fechada com um modelo de separadora C3/C4. Observou-se que este consegue controlar melhor o processo, entretanto, tem um tempo de computação duas ordens de grandeza maior que o controlador nominal, em operação on-line. / Two multi-objective optimization based tuning techniques for Model Predictive Control (MPC) were developed. Both take into account the sum of the squared errors between closed-loop trajectories and reference responses based on pre-defined goals as tuning objectives; one solves a lexicographic optimization to obtain an optimum set of tuning parameters (LTT), whereas the other solves a compromise optimization problem (CTT). The main advantages are an automated framework, and straightforward goal definition, which are capable of taking into account a specification on the process dynamics, a time-domain metrics, and of embedding the control engineers knowledge into a reliable approach. A fluid catalytic cracking tuning case study unveiled the goal definition flexibility of the LTT, with respect to output tracking and variable coupling. A heavy oil fractionator in closed-loop with a MPC case study compared both tuning techniques developed here, and it was observed that the LTT in fact prioritizes the main objectives, whereas the CTT yields an average solution, in terms of the tuning objectives. The CTT was compared to another multi-objective tuning technique from the literature, in the tuning of a MPC with input targets and output zone control in closed-loop with a crude distillation unit model. The simulation results showed that the CTT allows for faster results, regarding the computational time to compute the tuning parameters and there is no need of a posteriori decisions to select the best non-dominated solution. Real MPC applications are strongly hindered by model uncertainty. This limitation was addressed by the extension of the tuning techniques to account for multi-plant model uncertainty, thus obtaining optimum robustly tuned parameters for nominal controllers, addressing the trade-off between robustness and performance. A robustly tuned Infinite Horizon MPC (IHMPC) was compared to a Robust IHMPC, in closed-loop with a C3/C4 splitter system model. It was observed in a simulation that even though the latter yields better output responses, it is two orders of magnitude slower than the former in online operation.

Neste trabalho foram desenvolvidas duas técnicas de sintonia para controladores preditivos por modelo. Ambas visam minimizar a soma do erro quadrático entre respostas do sistema em malha fechada e trajetórias de referência pré-definidas; a primeira resolve um problema de otimização lexicográfica enquanto a segunda resolve um problema de otimização de compromisso. As vantagens dos métodos apresentados são: maior automatização, definição de objetivos de sintonia intuitiva que considera especificações na dinâmica do processo, uma métrica no domínio do tempo e é capaz de incluir o conhecimento do engenheiro de controle em uma técnica de sintonia confiável. Um estudo de caso no sistema de craqueamento catalítico ilustrou a flexibilidade de definição dos objetivos da técnica lexicográfica. Um estudo de caso sobre uma coluna de fracionadora de óleo pesado em malha fechada com um controlador preditivo por modelo comparou ambas as estratégias de sintonia desenvolvidas aqui e pode-se concluir que a técnica lexicográfica dá prioridade aos objetivos importantes enquanto a técnica de compromisso calcula uma solução média, com respeito aos objetivos. A técnica de compromisso foi comparada a um método de sintonia da literatura quanto a aplicação em um controlador preditivo de horizonte infinito com targets para as entradas e controle por faixas das saídas com uma coluna de destilação. Observou-se que a técnica desenvolvida aqui é computacionalmente mais rápida e não requer a escolha de uma solução não-dominada dentre um conjunto de soluções de Pareto. Aplicações reais de controle preditivo são severamente afetadas por incerteza de modelo. Estendeu-se as técnicas desenvolvidas aqui para considerar o caso de incerteza multi-planta, calculando parâmetros de sintonia robustos para controladores nominais, visando tratar o compromisso entre performance e estabilidade e robustez da malha fechada. Um controlador preditivo de horizonte infinito foi sintonizado de forma robusta e comparado com um controlador preditivo robusto em malha fechada com um modelo de separadora C3/C4. Observou-se que este consegue controlar melhor o processo, entretanto, tem um tempo de computação duas ordens de grandeza maior que o controlador nominal, em operação on-line. / Two multi-objective optimization based tuning techniques for Model Predictive Control (MPC) were developed. Both take into account the sum of the squared errors between closed-loop trajectories and reference responses based on pre-defined goals as tuning objectives; one solves a lexicographic optimization to obtain an optimum set of tuning parameters (LTT), whereas the other solves a compromise optimization problem (CTT). The main advantages are an automated framework, and straightforward goal definition, which are capable of taking into account a specification on the process dynamics, a time-domain metrics, and of embedding the control engineers knowledge into a reliable approach. A fluid catalytic cracking tuning case study unveiled the goal definition flexibility of the LTT, with respect to output tracking and variable coupling. A heavy oil fractionator in closed-loop with a MPC case study compared both tuning techniques developed here, and it was observed that the LTT in fact prioritizes the main objectives, whereas the CTT yields an average solution, in terms of the tuning objectives. The CTT was compared to another multi-objective tuning technique from the literature, in the tuning of a MPC with input targets and output zone control in closed-loop with a crude distillation unit model. The simulation results showed that the CTT allows for faster results, regarding the computational time to compute the tuning parameters and there is no need of a posteriori decisions to select the best non-dominated solution. Real MPC applications are strongly hindered by model uncertainty. This limitation was addressed by the extension of the tuning techniques to account for multi-plant model uncertainty, thus obtaining optimum robustly tuned parameters for nominal controllers, addressing the trade-off between robustness and performance. A robustly tuned Infinite Horizon MPC (IHMPC) was compared to a Robust IHMPC, in closed-loop with a C3/C4 splitter system model. It was observed in a simulation that even though the latter yields better output responses, it is two orders of magnitude slower than the former in online operation.

Neste trabalho pela primeira vez, desaceleramos um feixe de Cs pela Técnica de Sintonia Zeeman. Usamos um laser de diodo contrapropagante ao feixe atômico. Essa técnica se baseia na utilização de um campo magnético de perfil espacial parabólico para compensar o efeito Doppler e manter o átomo ressonante com o laser durante o processo de desaceleração. Conseguimos reduzir a velocidade dos átomos até C 940cm/s. Para medir essa velocidade usamos uma técnica simples, diferente da usual, que utiliza um feixe de prova. Com o nosso magneto, não foi possível desacelerar átomos com velocidade acima de 12000 cm/s. O limite de campo magnético em que tivemos que trabalhar corresponde à campo fraco, para o estado fundamental do Cs. Esse fato acarreta um aumento na probabilidade de ocorrerem transições erradas. Observamos a presença de um intervalo de \"detuning\" útil, fora do qual não conseguimos desacelerar. Esse intervalo também está relacionado com o limite máximo de velocidades para que haja desaceleração. Chegamos a esse intervalo através de simulações feitas para encontrar os parâmetros necessários à desaceleração. Os resultados obtidos experimentalmente estão de acordo com o que foi previsto pela simulação. Paralelamente à desaceleração de CS, preparamos os lasers de diodo e reduzimos sua largura de linha. Entretanto não usamos o laser estreito para a desaceleração. A fim de trabalharmos com espectroscopia de alta resolução reduzimos a largura de linha do laser a semicondutor fazendo um acoplamento da cavidade laser com uma cavidade, Fabry-Pérot, externa. Conseguimos estreitar a largura de linha até 500KHz. Esse resultado nos possibilitará investigar as linhas do Cs, aprisionado em um \"trap\" magnético-óptico, experimento este que já está em andamento em nosso laboratório / In this work for the first time, slow a beam of Cs by the Zeeman tuning technique. We use a laser diode contrapropagante the atomic beam. This technique is based on the use of a magnetic field of parabolic spatial profile to compensate for the Doppler effect and keep the atoms resonant with the laser during the downturn. We reduce the speed of C atoms to 940cm / s. To measure this speed we use a simple technique, different from the usual, which uses a beam of evidence. With our magnet, could not slow down atoms with speeds up to 12,000 cm / s. The limit of magnetic field we had to work corresponds to the weak field for the ground state of Cs. This fact implies an increase in the probability of transitions wrong. We observed a range of \"detuning\" useful, out of which we cannot slow down. This range is also related to the maximum speed for there to be slowing. We arrived in this range through simulations to find the parameters needed for deceleration. The results obtained experimentally are in agreement with what was predicted by the simulation. Parallel to the slowdown of CS, we prepared the diode lasers and reduced its line width. However do not use the laser close to the slowdown. In order to work with high-resolution spectroscopy reduced the line width of the semiconductor laser causing a coupling of the laser cavity with a cavity, Fabry-Pérot, external. We narrow the line width up to 500KHz. This result will enable us to investigate the lines of Cs, trapped in a \"trap\" magneto-optical experiment that is already underway in our laboratory

[pt] Com o aumento da complexidade das aplicações de banco de dados a tarefa de sintonizar os sistemas de banco de dados para melhorar os tempos de resposta das consultas submetidas tem se tornado mais difícil. O uso de visões materializadas é uma forma de melhorar o desempenho do acesso aos dados. Trata-se de um objeto de um banco de dados relacional que armazena um conjunto de dados pré-calculados resultante de uma consulta. Esta dissertação propõe a criação automática de visões materializadas. Para tal utiliza uma arquitetura de auto-sintonia não-intrusiva, isto é, sem modificar o código do SGBD. São propostas métricas para estimar os custos envolvendo visões materializadas permitindo que se determine seu benefício efetivo. São apresentadas heurísticas para a tomada de decisão automática quanto à criação de visões materializadas em função de uma determinada carga de trabalho. São apresentados testes e simulações com o benchmark TPC-H na presença do SGBD MS SQL Server 2008. / [en] As database applications become more complex, tuning database systems in order to improve query response times also become harder. One could consider materialized views, a relational database object that stores data resulting from specific queries, to obtain better performances. This dissertation proposes the automatic creation of materialized views. A non-intrusive architecture is used in order to keep DBMS source codes unchanged. There is a need to estimate the creation cost and the benefits obtained from the presence of the materialized views. Heuristics are proposed to help with the automatic decision upon creation of these materialized views for a given workload. Simulation tests for TPC-H benchmark and MS SQL Server DBMS are presented.

Neste trabalho pela primeira vez, desaceleramos um feixe de Cs pela Técnica de Sintonia Zeeman. Usamos um laser de diodo contrapropagante ao feixe atômico. Essa técnica se baseia na utilização de um campo magnético de perfil espacial parabólico para compensar o efeito Doppler e manter o átomo ressonante com o laser durante o processo de desaceleração. Conseguimos reduzir a velocidade dos átomos até C 940cm/s. Para medir essa velocidade usamos uma técnica simples, diferente da usual, que utiliza um feixe de prova. Com o nosso magneto, não foi possível desacelerar átomos com velocidade acima de 12000 cm/s. O limite de campo magnético em que tivemos que trabalhar corresponde à campo fraco, para o estado fundamental do Cs. Esse fato acarreta um aumento na probabilidade de ocorrerem transições erradas. Observamos a presença de um intervalo de \"detuning\" útil, fora do qual não conseguimos desacelerar. Esse intervalo também está relacionado com o limite máximo de velocidades para que haja desaceleração. Chegamos a esse intervalo através de simulações feitas para encontrar os parâmetros necessários à desaceleração. Os resultados obtidos experimentalmente estão de acordo com o que foi previsto pela simulação. Paralelamente à desaceleração de CS, preparamos os lasers de diodo e reduzimos sua largura de linha. Entretanto não usamos o laser estreito para a desaceleração. A fim de trabalharmos com espectroscopia de alta resolução reduzimos a largura de linha do laser a semicondutor fazendo um acoplamento da cavidade laser com uma cavidade, Fabry-Pérot, externa. Conseguimos estreitar a largura de linha até 500KHz. Esse resultado nos possibilitará investigar as linhas do Cs, aprisionado em um \"trap\" magnético-óptico, experimento este que já está em andamento em nosso laboratório / In this work for the first time, slow a beam of Cs by the Zeeman tuning technique. We use a laser diode contrapropagante the atomic beam. This technique is based on the use of a magnetic field of parabolic spatial profile to compensate for the Doppler effect and keep the atoms resonant with the laser during the downturn. We reduce the speed of C atoms to 940cm / s. To measure this speed we use a simple technique, different from the usual, which uses a beam of evidence. With our magnet, could not slow down atoms with speeds up to 12,000 cm / s. The limit of magnetic field we had to work corresponds to the weak field for the ground state of Cs. This fact implies an increase in the probability of transitions wrong. We observed a range of \"detuning\" useful, out of which we cannot slow down. This range is also related to the maximum speed for there to be slowing. We arrived in this range through simulations to find the parameters needed for deceleration. The results obtained experimentally are in agreement with what was predicted by the simulation. Parallel to the slowdown of CS, we prepared the diode lasers and reduced its line width. However do not use the laser close to the slowdown. In order to work with high-resolution spectroscopy reduced the line width of the semiconductor laser causing a coupling of the laser cavity with a cavity, Fabry-Pérot, external. We narrow the line width up to 500KHz. This result will enable us to investigate the lines of Cs, trapped in a \"trap\" magneto-optical experiment that is already underway in our laboratory

[pt] O aumento da complexidade dos SGBDs comerciais e a carga que suportam, além da crescente utilização destes por pessoal pouco familiarizado com a administração de bancos de dados, entre outras causas, sugerem a introdução de técnicas que automatizem o processo de sintonia de bancos de dados. A auto-sintonia (self-tuning) é uma tecnologia que permite criar sistemas adaptáveis que possam manter um bom desempenho, minimizando no possível a interação do administrador com o sistema. Este trabalho propõe uma abordagem para o ajuste automático dos parâmetros em um SGBD usando agentes de software. A tarefa de sintonia é tratada nesta pesquisa como um problema global, dado que alterações de um parâmetro podem se refletir em outros. Os detalhes da arquitetura, sua implementação e avaliação de funcionamento são também discutidos nesta dissertação. / [en] The increasing complexity of the commercial DBMSs as well the workload they manage, besides the fact that many users do not have deep knowledge about database administration, among other reasons, strongly suggests the introduction of techniques that automates the database tuning process. Self- Tuning, or auto-tuning, is a feature that makes systems adaptable in order to keep a good overall performance, reducing as possible the interaction between the administrator and the system. This work proposes an approach for the automatic tuning of DBMSs parameters using an architecture based on software agents. We consider tuning as a global issue, given that changes of a single parameter can be reflected in others. The architecture details, ets implementation and a practical evaluation are also discussed in this dissertation.

[pt] O processo de combinação de ações de sintonia fina não possui nem uma formulação precisa, nem uma abordagem formal para solucioná-lo. É necessário definir o que combinar dentre as múltiplas ações existentes e, uma vez escolhidas, como compor de maneira que as restrições sejam verificadas. Trata-se de um problema complexo e relevante na área de bancos de dados, tanto para soluções manuais pelo DBA como automáticas, por meio de softwares especializados. Isto ocorre pois os diferentes tipos de ações de sintonia possuem estratégias distintas para alcançar o objetivo em comum. Esta tese propõe um método automático para geração e seleção de soluções combinadas de sintonia fina para bancos de dados relacionais. Discute-se como combinar soluções e respeitar as restrições tecnológicas e recursos computacionais disponíveis. Por fim, apresenta-se uma implementação e avaliação utilizando três SGBDs de mercado relevantes, em que mostramos tanto a eficácia como a eficiência do método proposto. Os resultados mostraram que o método é capaz de produzir soluções combinadas válidas mais eficientes que soluções locais independentes. / [en] The process of combining database tuning actions has neither a precise formulation nor a formal approach to solving it. It is necessary to define what to combine among multiple existing operations and, once chosen, how to compose so that constraints can be verified. It is a complex and relevant problem in the database research area, both for the DBA manual solutions, and automatic ones using specialized software. It is important because the different types of tuning actions have different strategies to achieve a common goal. This thesis proposes an automated method for generating and selecting combined tuning solutions for relational databases. It discusses how to mix solutions and still respect both the technological constraints and available computational resources. Finally, we present an implementation and evaluation using three relevant market DBMSs, where we show both the effectiveness and the efficiency of the proposed method. The results showed that the technique is capable of producing combined solutions that are more efficient than independent local solutions.

[pt] Há uma crescente demanda por ferramentas que automatizem tarefas complexas relacionadas ao SGBD, tais como aquelas relacionadas às atividades de sintonia fina. Nestas ferramentas, existe uma falta de clareza sobre as decisões e as ações que são tomadas de forma automática. Essa tese propõe um framework para execução das heurísticas de sintonia fina para apoiar o DBA (e possivelmente outros usuários) nas escolhas envolvidas na atividade de sintonia fina. Esse trabalho de pesquisa inclui uma proposta de ontologia para a sintonia fina (automática ou não) que proporciona uma abordagem formal para decisões e inferências. A contribuição inovadora dessa abordagem é oferecer transparência e confiabilidade acerca das alternativas disponíveis para possíveis cenários no SGBD, por meio de justificativas concretas para as decisões que foram tomadas. Além disso, através do uso de uma ontologia específica, proporcionar a geração automática de novas práticas de sintonia fina, que podem ser obtidas a partir das práticas existentes (uso de inferências) ou de novas regras e conceitos que venham a surgir no futuro. Esta abordagem permite também a realização de combinações de heurísticas de sintonia fina em alto nível. / [en] There is a strong demand for automation of Database Management Systems (DBMS) tasks, as those related to self-management and self-tuning activities. However, whenever automatic decisions are made, there is also a lack of clearness about the considered decisions and actions. This thesis proposes a framework to support the DBA (and possibly other database users) on choices concerning tuning activities. This research work includes the proposal of an ontology for (autonomous or not) database tuning that enables a formal approach for decisions and inferences. The goals are to offer transparency and confidence on the available tuning alternatives with respect to the possible DBMS scenarios through a concrete justification about the decisions that are made. Moreover, new tuning practices may be obtained automatically as soon as new rules, concepts and practices are known. Finally, our approach enables an actual combination, at a high level of abstraction, of distinct database tuning strategies.

[pt] Uma dentre as muitas tarefas desempenhadas por DBAs consiste em tentar garantir que os tempos de respostas dos comandos submetidos por usuários a um grande SGBDR não excedam valores previamente acordados. Esta dissertação segue uma linha de estudos denominada auto-sintonia de índices, que preconiza a realização de ajustes automáticos na execução de consultas SQL, visando reduzirlhes tempos de resposta, a partir de alterações no conjunto de índices: criação, eliminação e recriação. Este trabalho teve como ponto de partida a dissertação de Marcos Salles [32], que seguiu a mesma linha, propondo um mecanismo automático de criação de índices. Esta dissertação estende [32], primeiro submetendo sua implementação a uma carga de trabalho alternativa e depois realizando eliminações e reconstruções de índices automáticas, levando em consideração níveis de preenchimento de páginas alternativos. Também foram realizados testes utilizando ferramentas comerciais, Oracle 10g e SQL Server 2005, para avaliar quão eficaz comportou-se a implementação proposta em [32]. Vale ressaltar que os testes realizados limitaram-se à criação de índices, já que as ferramentas não oferecem facilidades de reconstrução automática. Diferentemente dos trabalhos publicados nessa linha de estudos e das ferramentas comerciais disponíveis, foi criado um protótipo que não se limita a sugerir novos índices; também são eliminados os que deixaram de ser interessantes, porém, antes ocorre uma avaliação para verificar se a reconstrução não seria mais adequada. Criou-se, inclusive, uma heurística rudimentar que avalia um índice a ser destruído e recomenda sua reconstrução, caso atenda a determinados requisitos. / [en] One of the most important tasks of Database Administrators certainly is to guarantee optimal response times to statements submitted by users of big RDBMS. Our dissertation deals with Index Self-tuning, which means creating, dropping or recreating indexes automatically, in order to decrease SQL queries durations. We start from Marcos Salles´ dissertation [32], which proposed an automatic way of creating indexes. We extend [32] in many ways: first using a different workload, TPC-H like. Second, following created indexes inspecting its usage. Finally, we have gotten to drop and, mostly, recreate indexes using different fillfactor in leaf pages. Also, we have elaborated many tests using commercial tools, Microsoft SQL Server 2005 and Oracle 10g in order to ratify [32] ideas. Unfortunatelly, we could not test automatic dropping and recreating in these tools, as long as they do not offer this kind of functionalities. Unlike related work and commercial tools, we have created a code prototype that not only suggests new indexes creations, but also drops and recreates indexes using an own heuristics. To validate our ideas we have used a TPC-C like workload, but we had to make some changes to increase updates and force reindexing.

Estuda-se o problema de sintonia de controladores, objetivando-se a formulação do problema de sintonia ótima de controladores. Busca-se uma formulação que seja geral, ou seja, válida para qualquer estrutura de controlador e qualquer conjunto de especificações. São abordados dois temas principais: especificação de controladores e sintonia ótima de controladores. São compiladas as principais formas de especificação e avaliação de controladores e é feita a formulação do problema de sintonia de controladores como um problema padrão de otimização. A abordagem proposta e os conceitos apresentados são então aplicados em um conjunto de exemplos. / The problem of control tuning is studied, aiming the formulation of the optimal control tuning problem. A general formulation, valid for any controller structure and any set of specifications, is sought. Two main themes are addressed: controller specification and optimal controller tuning. The main ways of controller specification and assessment are compiled and the optimal controller tuning problem is formulated as a standard optimization problem. The proposed approach and the presented concepts are then applied in a set of examples.