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Orientadores : Wagner Caradori do Amaral, Luis Gimeno Latre Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Neste trabalho é proposto um novo controlador cujo objetivo é obter, para o sistema controlado, o comportamento especificado como resposta a mudanças no sinal de referência (comportamento determinístico) e um comportamento eficiente do ponto de vista de rejeição a perturbações (comportamento estocástico). O novo controlador é obtido calculando-se os polinômios de ponderação da função de custo do controlador de variância mínima generalizada, de modo a alocar os polos do sistema em malha fechada e minimizar a combinação linear de variâncias dos sinais de saída e de controle dada pela equação a seguir: ?= a1 var yt + a2 var ut onde a1 e a2 são números reais positivos. Propõe-se também uma metodologia freqüencial alternativa na qual os polinômios da função de custo do controlador de variância mínima generalizada são calculados, como anteriormente, através da alocação dos polos em malha fechada, e ainda, através do ajuste do ganho do controlador numa determinada freqüência Abstract: Not informed Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

The objective of this paper is to propose a filtering strategy for max-plus linear systems with bounded disturbances without the direct calculation of the a posteriori state probability. The strategy is based on the inversion of the expectation of the measure with respect to the state variable. Among the possible solutions, the closest to the prediction is chosen. An algorithm, based on interval propagation, is proposed to solve this problem. Simulations are performed to show the consistence of the proposed methodology with other approaches in the literature Fechado

Orientadores: Rafael Santos Mendes, João Bosco Ribeiro do Val Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Radares cognitivos multifuncionais são considerados a próxima geração de sistemas de radar. Atualmente, ao redor do mundo, muitas pesquisas estão voltadas para esses tipos de sistemas. Sendo assim, _e de suma importância que o Brasil também comece a pesquisar sistemas dessa natureza. O presente trabalho insere-se nesse contexto, propondo duas principais contribuições: O agendamento das tarefas de busca e rastreio de vetores aéreos levando em consideração parâmetros operacionais e critérios de priorização e a otimização na criação do diagrama de antena gerado por um arranjo de antenas. O primeiro consiste na criação de uma função objetivo que gera a ordem de atividades a serem efetuadas pelo sistema de radar. Dessa forma, essa decisão é feita automaticamente pelo sistema, podendo o operador interferir ou não. Após decidida a ordem das tarefas a serem realizadas, o diagrama de antena é modificado, respeitando certos requisitos impostos pelo operador ou pelo cenário, alterando as alimentações dos elementos ativos do arranjo de antena, no intuito de realizar a atividade de forma otimizada. Para demonstrar a integração dos dois procedimentos citados, um simulador foi desenvolvido para servir como um modelo simples e operacional de um radar cognitivo. Analisam-se os resultados obtidos em alguns cenários propostos no trabalho Abstract: Multifunction Cognitive Radar refers to the next generation of radar systems. Many current researches are focused on these types of systems around the world. Therefore, it is extremely important that Brazil begins studying such systems. Within this context, the present work proposes two main contributions: Scheduling tasks of searching and tracking of targets based on operational parameters and prioritization criteria and Pattern optimization in phased array antennas. The former consists in creating an objective function that generates the scheduling tasks to be performed by the radar system. Thus, this decision is automatically made and the operator could or could not interfere. The latter consists in changing the antenna pattern, complying with requirements imposed by operator or environment, feeding the actives elements with phase and amplitude calculated to optimize it, after the tasks were chosen. In order to demonstrate the above procedures integration, a simulator was developed and will be used as a simple cognitive radar operational model. It were analyzed the results obtained in some scenarios proposed in the present work Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Michel Daoud Yacoub Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Nesta tese, estuda-se o problema da alocação de potência através de duas abordagens: estocástica e robusta, sendo os ganhos do canal, que descrevem o estado do sistema de comunicações sem fio, parcialmente observados pelo decisor. Na abordagem estocástica, considera-se que os ganhos do canal são variáveis aleatórias, que representam a variação rápida do sinal de rádio. Nesse contexto, reformula-se o índice de desempenho do sistema através do CVaR (Conditional. Value-at-Risk). Na abordagem robusta, considera-se que os ganhos do canal e o ruído pertencem a um determinado conjunto convexo. Em ambas as abordagens, a solução ótima é obtida em termos de um problema de otimização convexa. Adicionalmente, na abordagem estocástica, apresenta-se um algoritmo recursivo e distribuído, que converge para uma solução subótima, quando o ruído é nulo e a potência transmitida é limitada tanto superior como inferiormente. Também mostra-se que, em um sistema onde os ganhos do canal coincidem com o seu valor esperado, esse algoritmo converge para a soluçãã ótima quando a qualidade do enlace é muito maior que a mínima requerida Abstract: This thesis deals with the power allocation problem under the stochastic and robust approaches, where the channel gains describe the wireless communication system state and are partially known by the controller. The stochastic approach considers the channel gains as random variables which represent the fast fading of the radio signal. Under these settings, the system performance index is reformulated using CVaR (Conditional Value-at-Risk). The robust approach considers that the channels gains and noise belong to a determined convex set. ln both approaches, the optimal solution is determined in terms of a convex optimization problem. Additionally, under the stochastic approach, a recursive and distributed algorithm is presented which converges to its suboptimal solution when noise is null and the transmitted power is upper and lower bounded. It is also show that this algorithm converges to its optimal solution when the link quality is much greater than the minimum required quality in a system where the channels gains match its expected value Doutorado Telecomunicações e Telemática Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Celso Pascoli Bottura Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O objetivo desta pesquisa é o desenvolvimento de um novo modelo conceitual para representação, de uma forma integrada, das mais diversas situações de conflito de interesses, como uma base para análise e projeto de controle de sistemas hierárquicos multiagentes, e para o aprimoramento da metodologia de capacitação de executivos para a administração estratégica desses conflitos. O método utilizado para esta pesquisa foi um investigação das condicionantes análogas presentes nos quatro jogos clássicos da Teoria dos Jogos ¿ Nash, Stackelberg, Pareto e Minimax ¿ buscando, entre eles, as características semelhantes e as peculiaridades que realmente os fazem semelhantes e distintos entre si. Desta investigação, foram identificadas duas dimensões diferenciadoras, que possibilitaram a concepção e a construção de uma matriz para representação desses jogos, de uma forma integrada. O modelo conceitual resultante desta pesquisa fornece um esquema analítico abrangente, inspirado na teoria dos jogos, e é usado para explicar, descrever, interpretar e prever os comportamentos dos diversos agentes autônomos envolvidos em situações de conflito de interesses e, em certos casos, prescrever decisões mais adequadas. A Matriz de Jogos Estratégicos (MJE), proposta e utilizada neste trabalho, estabelece um quadro de referência conceitual, mapeando seis diferentes tipos de jogos. Nela, os pressupostos dos modelos clássicos de jogos citados, e outros em casos-limite, são usados de forma integrada e complementar. São tratados, na MJE, jogos competitivos e cooperativos, jogos equilibrados e não-equilibrados, levando em conta tanto a postura concorrencial de cada jogador como o seu pressuposto de relação-de-forças. A MJE contempla de forma inovativa o tratamento de múltiplos subjogos estratégicos simultâneos entre os agentes envolvidos. A aplicação dos conceitos da MJE a complexos sistemas ¿ hierárquicos ou não ¿, com múltiplos agentes inteligentes interativos autônomos, provê uma metodologia de utilidade para análise e projeto de estratégias de controle. Parte importante deste estudo é a realização de experimentos exploratórios com propósito pedagógico. Esses jogos de empresa, realizados via computador, indicam que os participantes ampliam sua percepção para compreender os diversos jogos a jogar, e sua habilidade para atuar em cada um deles. Este uso da MJE leva cada participante a analisar situações de conflito de interesses e a melhor escolher suas decisões estratégicas: Através de um processo dinâmico interativo de tentativa e erro, ele ou ela acaba aprendendo a tomar melhores decisões, levando em conta as possíveis decisões dos demais agentes envolvidos bem como sua avaliação das conseqüências de suas escolhas. Palavras-chave: Matriz de Jogos Estratégicos; teoria dos jogos; jogos estratégicos; jogos de empresas; controle multiagente; gestão de conflitos; planejamento estratégico; gestão estratégica; simulação de empresas; treinamento gerencial; jogos hierárquicos Abstract: The objective of the current research is the development of a new conceptual model aiming to represent, in an integrated manner, the many situations of conflict of interests as a basis for analysis and design of hierarchical multiagent systems control and for the improvement of the methodology for betterment of the managers¿ skills to deal with the strategic management of such conflicts. The investigation method used was a comparative analysis of the unique characteristics of classical games from Game Theory ¿ Nash, Stackelberg, Pareto, and Minimax ¿ searching, among them, their commonalities and differentiations. This investigation identified two distinct dimensions that enabled the conception and construction of a matrix to represent, in a integrated form, those four games mentioned above. The resulting conceptual model provides a comprehensive analytical scheme, inspired in the theory of games, and is used to explain, describe, interpret and forecast behaviors of autonomous agents involved in situations of conflict of interests and, in some cases, to prescribe the more adequate decisions. The Strategic Games Matrix (SGM) proposed and used in this study establishes a conceptual reference framework mapping six different types of games. In it, the assumptions for classic game models, among others for limitcases, are used in an integrated and complementary manner. The SGM deals with both competitive and cooperative games, as well as balanced and unbalanced ones, taking into consideration both the players' competitive postures and the powerratio assumed by each one. The SGM contemplates in an innovative way the treatment of multiple simultaneous strategic sub-games among the agents involved. The application of the SGM concepts to complex systems ¿ hierarchical or not ¿, with multiple autonomous intelligent interactive agents, provides a methodology of utility for analysis and design of their control strategies. An important part of this study is the exploratory experiments with pedagogical purpose. Such business games, played in a computer, indicate that the participants increase their perception to understand the various games to play, and their ability to act at each one of them. This use of the SGM leads each participant to analyze conflict of interests¿ situations and to improve its strategic decisions: Through an interactive dynamic process of trial and error he/she ends up learning how to make better decisions taking into consideration the likely decisions of the other agents involved as well as her/his evaluation of the consequences of their choices. Keywords: Strategic Games Matrix; game theory; strategic games; business games; multi-agent control; conflict management; strategic planning; strategic management; business simulation; managers training; hierarchical games Doutorado Automação Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Fernando Antonio Campos Gomide Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Modelos de linhas ferroviárias são essenciais para análise e decisão em sistemas ferroviários. Estes modelos fornecem meios para análise de movimento e despacho, fornecendo meios para simulação, análise de operações, otimização, controle de circulação e expansão de capacidade, entre outros problemas. Este trabalho apresenta um modelo estruturado de linha que estende o modelo clássico proposto por Petersen e Taylor em 1982. O modelo proposto acrescenta funcionalidades que não foram consideradas no modelo original e foi construído com uma visão que privilegia a orientação a objetos. Como conseqüência, um sistema computacional foi implementado em linguagem Java com o intuito de fornecer uma ferramenta de análise e suporte na tomada de decisão. Mais especificamente, o modelo aqui desenvolvido acrescenta as seguintes funcionalidades ao modelo original: criação de modelos de trens, percursos e escalas, circulação de trens numa malha ferroviária e perturbação de trens. A ferramenta computacional fornece mecanismos para caracterizar modelos de linha, simular a circulação de trens em uma malha ferroviária, visualizar dados e obter resultados de simulação que traduzem o desempenho do sistema ferroviário. Além disso, a ferramenta permite definir e avaliar funções de otimização de despacho através de uma linguagem concebida para este propósito. Estas funções podem ser definidas tanto através de algoritmos convencionais quanto em algoritmos da inteligência computacional, com ênfase naqueles baseados na teoria de conjuntos nebulosos. Exemplos de aplicação que servem para ilustrar o potencial do modelo e a utilização da ferramenta são também incluídos. Finalmente, as conclusões e as atividades que ainda necessitam de desenvolvimentos futuros são resumidas Abstract: Railway line models are essential for analysis and decision making of rail systems. They provide a vehicle to analyze train movements and train dispatch strategies. Line models are also a key for system simulation, operation analysis, systems optimization and control, and capacity expansion as well. This work extends the classic Petersen and Taylor model developed in 1982. The new model introduces functionalities that were not part of original model of Petersen and Taylor. For instance, the model developed here includes the following additional characteristics: train, journey and stop models, train circulation over rail network and train disturbances. The model was developed using an object-oriented approach, and translated into a decision support software tool. Besides system simulation, operation analysis, capacity expansion, and train movement analysis, the tool also provides a language especially suitable to define circulation optimization using both, conventional and computational intelligence based procedures, with a focus on fuzzy set theory algorithms. Application examples are also included to illustrate the usefulness of the mode! and the software tool. Finally, the conclusions are summarized and future work suggested. Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fernando Jose Von Zuben Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo : A reconstrução de árvores filogenéticas pode ser interpretada como um processo sistemático de proposição de uma descrição arbórea para as diferenças relativas que se observam em conjuntos de atributos genéticos homólogos de espécies sob comparação. A árvore filogenética resultante apresenta uma certa topologia, ou padrão de ancestralidade, e os comprimentos dos ramos desta árvore são indicativos do número de mudanças evolutivas desde a divergência do ancestral comum. Tanto a topologia quanto os comprimentos de ramos são hipóteses descritivas de eventos não-observáveis e condicionais, razão pela qual tendem a existir diversas hipóteses de alta qualidade para a reconstrução, assim como múltiplos critérios de desempenho. Esta tese (i) aborda árvores sem raiz; (ii) enfatiza os critérios de quadrados mínimos, evolução mínima e máxima verossimilhança; (iii) propõe uma extensão ao algoritmo Neighbor Joining que oferece múltiplas hipóteses de alta qualidade para a reconstrução; e (iv) descreve e utiliza uma nova ferramenta para otimização multiobjetivo no contexto de reconstrução filogenética. São considerados dados artificiais e dados reais na apresentação de resultados, os quais apontam vantagens e aspectos diferenciais das metodologias propostas Abstract: The reconstruction of phylogenetic trees can be interpreted as a systematic process of proposing an arborean description to the relative dissimilarities observed among sets of homologous genetic attributes of species being compared. The resulting phylogenetic tree presents a certain topology, or ancestrality pattern, and the length of the edges of the tree will indicate the number of evolutionary changes since the divergence from the common ancestor. Both topology and edge lengths are descriptive hypotheses of non-observable and conditional events, which implies the existence of diverse high-quality hypotheses for the reconstruction, as long as multiple performance criteria. This thesis (i) deals with unrooted trees; (ii) emphasizes the least squares, minimum evolution, and maximum likelihood criteria; (iii) proposes an extension to the Neighbor Joining algorithm which offers multiple high-quality reconstruction hypotheses; and (iv) describes and uses a new tool for multiobjective optimization in the context of phylogenetic reconstruction. Artificial and real datasets are considered in the presentation of results, which points to some advantages and distinctive aspects of the proposed methodologies Doutorado Engenharia de Computação Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jaime Szajner, Rafael Santos Mendes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: No Laboratório de Engenharia de Computaçãoe AutomaçãoIndustrial da Faculdade de Engenharia Elétrica da UNICAMP -LCAlFEE -vem sendo desenvolvido o projeto e a implementação de um Veículo Auto-Guiado - AGV. O AGV/LCA foi projetado para aplicações no meio industrial, fazendo parte de um sistema de transporte flexível, servindo como meio de integração de matéria-prima e ferramentas. O sistema de orientação utiliza fitas refletivasfixadas no piso e o veículo tem o seu controle através de um programa executado em um microcomputador compatível com um PC/AT - 386 Sx, a bordo do AGV. Os sistemas de tração e direção são baseados em motores de indução trifásicos do tipo gaiola de esquilo, alimentados por inversores do tipo fonte de tensão, configurados topologicamente em ponte trifásica. Este trabalho tem como objetívo principal a integração entre os diversos subsistemas -aquisição de dados, controle de tração e controle de direção -através de um programa que faz o controle das operações do AGV. São mostradas as funções implementadas para garantir o bom desempenho do sistema, como a compensação de tensão dos motores operando em baixas frequências e o perfil suave de variação de velocidade do carro. São feitas a modelagem do sistema e o projeto do controlador através da técnica de alocação de pólos e são mostrados resultados de simulações em computador digital com o sistema em malha fechada, de forma a validar as considerações feitas no projeto do sistema de controle e também para se obter referências para a implementação prática Abstract: The Computer Engineering and Industrial Automation Laboratory of the UNICAMP's Electrical Engineering Faculty (LCA/FEE), has been developping the design and implementation of an Automated Guided Vehicle -AGV. The AGV/LCA was designed to work in industrial environment as a Flexible Transportation System, integrating raw material and tools. The track is based on a reflectivetape on the floor and the AGV's control is made by a microcomputer PCIAT -386 SX, aboard the vehicle. The traction and steering are based on three phase squirrel-cage induction motors, fed by voltage source inverters, topologically configurated in a three phase bridge. The main purpose of this work is to integrate the subsystems -data acquisition, track control and steering control -by a software that controls alI operations. We show the implemented functions to guarantee the desired performance, such as the motors voltage compensation when operating in low frequencies and the vehicle's speed variation behavior. The system modeling, and the control design by the pole placement method are made, and closed loop system's simulation in a digital computer are shown, in order to make valid the theoretical considerations and to obtain practical implementation references Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Fernando José Von Zuben, Jônatas Manzolli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho sugere novos paradigmas de controle de mecanismos de síntese sonora. Utilizando conceitos das ciências cognitivas, o processo gerativo é modelado como um sistema de conversões entre representações, da atuação subjetiva do usuário, passando pela descritiva e culminando no material sonoro. A partir do estudo da analogia descritiva, engendra-se a analogia acústica, representação por amostras sonoras, e a analogia semântica, representação por linguagem. Aplicadas à arquitetura modelada, essas analogias permitem que o processo de síntese sonora tenha um caráter mais intuitivo. São apresentadas duas implementações práticas, sendo que técnicas de computação bio-inspirada fornecem o maquinário computacional para a realização do mapeamento entre representações e controle do processo de síntese Abstract: This work suggests novel control paradigms of sound synthesis mechanisms. Applying cognitive science concepts, the generative process is modeled as a system of conversions throughout representations: from user's insight, through descriptive, to the sound material. From descriptive analogy studies, the acoustic analogy (representation through sound) and the semantic analogy (representation through language) are engendered. Applied to the modeled architecture, these analogies allow the synthesis process to have a more intuitive nature. Two practical implementations are presented. Bio-inspired computing provides the computational machinery used to map different representations and to control the synthesis process Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Rafael Santos Mendes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho objetiva o estudo da verificação de especificações em sistemas dinâmicos a eventos mscretos via lógica modal.Um grafo de eventos temporizado (ou GET) é utilizado para modelar o sistema dinâmicoque se deseja analisar. Asrelações entre as transições do GET e a especificaçãoque se deseja verificar são expressasatravés de fórmulas da lógica modal NK. Um tableau analítico é utilizado para verificar se a especificaçãoé conseqüência lógica do conjuntode fórmulas que representaa rede. Os ramos abertos retomados pelo tableau estão associados a modelos que falseiam a especificação.Introduz..seo conceitode terminaçãode um ramo e prova-seque a solução retomada por um ramo terminado está associada às caracteristicas de minimalidade, causalidade,unicidadee impulsividade.Com base nesses teoremas propoo-seum algoritmo para o tableau. Descreve-se a implementaçãocomputacionaldo algoritmo.Exemplos de sua utilizaçãosão apresentados Abstract: This works is a study on the verification of specification in discrete event dynamicsystemsthroughthe use of modallogic. TimedEvent Graphs(TEG)describedby its eqmtions in dioids are used to model the systemwhose propertiesshouldbe verified. NK modallogic formulasexpressthe dynamicsof the systemas well as the specificationto be verified. An Analytic Tableau is used to verify if the formula correspondingto the specificationis a logica1consequenceof the formulasdescribingthe system.The tableau will retum open branchesassociatedto modelsthat falsifythe specification.The conceptof branch termination is introduced and proved to be associatedto featores as minimality, causality,unicity and impulsivity. A new algorithm, based on these conceptsis proposed and its computational implementation is described. Examples are presented. Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Eduardo Ribeiro de Paiva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Artes Resumo: O presente trabalho tem o objetivo de relatar o registro histórico dos formatos e dos codecs de áudio presentes na Internet, a partir do ano 1990. Este registro é a base para conhecer a evolução tecnológica sonora digital, que fundamenta a análise do som como recurso de comunicação e de arte. A partir desta análise, verifica-se a função do áudio na multimídia via Internet mediante a percepção dos usuários, e avaliam-se as tendências de utilização para que o processo sonoro de comunicação seja mais efetivo via web Abstract: The present work has the objective of relate the historical record of the fonnats and codecs presented in audio on the Internet since 1990. This record is the base for knowledgement of the digital sonorous technological evolution that substantiate the analysis of the sound as resource of communication and art. From this analysis, vermes the function of the audio in the multimedia at Internet by perception of the users and evaluates the tendencies of use, so the sonorous trial of communication become more effective in the web Mestrado Mestre em Multimeios

Orientador: João Alexandre Ferreira Rocha Pereira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: A programação de produção deve ser vista como um conjunto de funções para a qual convergem informações que serão transformadas convenientemente em instruções para os diversos departamentos de uma indústria. A interação entre o setor de programação e os setores produtivos deve ser bastante dinâmica, intensificando o fluxo de informações dentro da organização e fazendo com que os setores de produção desenvolvam com mais eficiência os objetivos pré-estabelecidos. O objetivo de qualquer empresa é fornecer aos seus clientes o melhor produto possível, e com menor custo. Para tanto, faz-se necessário adotar uma política de conduta organizacional para obtenção das metas estabelecidas. Neste ponto, o Planejamento e Programação de Produção deve determinar "o que fazer", "onde fazer", como fazer" e "quando fazer", assim que os recursos necessários e os projetos dos produtos a serem manufaturados estejam definidos. A programação de produção é o instrumento que possibilita a conduta racional, e não aleatória, dos procedimentos ou operações que vão conduzir a matéria prima ao produto final. É inegável que sem a coordenação das tarefas e sem a busca de um roteiro de fabricação ótimo, que venha minimizar custos e aumento da produtividade (minimização de tempo de execução do plano de produção) é praticamente impossível alcançar as metas estabelecidas. A proposta da presente tese enfoca o escalonamento de produção, mais precisamente o seqüenciamento de tarefas, dentro dos setores produtivos em plantas batelada multiproduto. Dado um conjunto de N tarefas e os diversos fatores de processamento que influenciam na execução das operações, o setor responsável pela programação de produção deve fornecer aos setores produtivos qual o melhor roteiro de manufatura dos produtos que venha a minimizar uma determinada função objetivo conveniente com as metas determinadas pela organização. Em nossa abordagem para a solução dos problemas envolvendo o seqüenciamento de tarefas utilizaremos a metodologia de busca controlada em árvore, mais conhecida como metodologia "Branch and Bound"("BAB"), tendo em vista a sua eficiência na busca de um roteiro ótimo, principalmente quando o valor do menor limitante da função objetivo tomada como critério para o seqüenciamento das tarefas é calculado com garantia Abstract: Not informed. Mestrado Mestre em Engenharia Química

Oreintadores: Luiz Manoel Aguilera, Paulo Morelato França Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O Problema de Roteamento de Veículos (PRV) procura estabelecer uma eficiente distribuição de bens de forma a atender as demandas existentes. Os atuais avanços em tecnologia de informação como rádio transmissores, telefonia celular, sistemas de localização via satélite, estão alterando o cenário em que um PRV pode ocorrer permitindo, por exemplo, a atualização de dados e localização de veículos em tempo real. Um PRV será considerado dinâmico caso seus dados não sejam conhecidos pelo usuário a priori e atualizados simultaneamente a determinação ou execução do conjunto de rotas. Um Problema de Roteamento Dinâmico de Veículos (PRDV) será estabelecido e um método de resolução, chamado algoritmo MORSS, será adaptado para resolver instâncias deste PRDV. Em seguida, um Problema Dinâmico de Programação (PDP) também será estabelecido e o algoritmo MORSS adaptado para resolver instâncias deste PDP. Um segundo método, baseado em heurísticas de busca em vizinhança e inserção, também será proposto para resolver as instâncias do PDP. O trabalho se propõe a resolver dois diferentes tipos de problemas dinâmicos procurando avaliar a adaptabilidade e desempenho do algoritmo MORSS enquanto método de resolução. No caso do PDP, o desempenho de um segundo método também é analisado e comparado ao desempenho obtido pelo algoritmo MORSS Abstract: The Vehicle Routing Problem (VRP) is the efficient distribution of products in order to attend customer requirement. Recently, the advances in information technology as radio transmission, cellular telephone, localization systems by satellite, are altering the scenarios in that VRP occurs and allowing update of information and vehicle localization occur in real time. The VRP is dynamic if the inputs of the problem are known by the decision-maker and are updated concurrentlY with the deterrnination or execution of the route's set. A Dynamic Vehicle Routing Problem (DVRP) will be established and a solution's method, called MORSS algorithm, will be adapted to solve DVRP instances. Next, a Dynamic Scheduling Problem (DSP) will be established and the MORSS algorithm will be adapted to solve DSP instances. A second method, based in heuristics of neighborhood search and insertion, will be also proposed to solve DSP instances. This work proposes to solve two different dynamic problems searching to evaluate the MORSS algorithm adaptability and performance as resolution method. In the PDP, the performance of the second method proposed also will be analyzed and compared with the performance obtained by MORSS algorithm Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Clesio Luis Tozzi Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho objetiva a avaliação do potencial discriminativo de decomposições tempoescala-freqüência para o reconhecimento de formas naturais a partir de seus contornos. Mais especificamente, ele provê a análise e a comparação de descritores obtidos com base na Trasformada de Fourier (FT), na Trasformada de Fourier de Curta Duração (STFT), nas Transformadas de Wavelet Contínua (CWT) e Discreta (DWT), e na Transformada de Fourier Multiresolução (MFT). Para tal fim, contornos de formas naturais são extraídos e parametrizados pelas assinaturas de coordenadas complexas e distância contorno-centróide. As transformadas citadas são então aplicadas sobre os contornos parametrizados, permitindo-se que, das decomposições resultantes, conjuntos de atributos numéricos sejam medidos e normalizados para aquisição das invariâncias quanto a rotação, reflexão, translação, mudança de escala e do ponto inicial de amostragem dos contornos. Procedimentos para redução de dimensionalidade e seleção dos atributos mais significativos são empregados, respectivamente, através da técnica de Análise de Variáveis Canônicas (CVA) e do algoritmo de Seleção Seqüêncial Inversa, obtendo-se os descritores das formas. Os classificadores estatísticos Mínima Distância Mahalanobis e Bayesiano são utilizados para discriminação das classes e os erros de decisão são estimados pelo método Leave-One-Out. Visando-se o aumento da capacidade discriminativa das abordagens, o trabalho prevê ainda a possibilidade de classificação das amostras de modo hierárquico. O custo, a precisão e o potencial discriminativo das abordagens são analisados e comparados considerando-se resultados de experimentos realizados com uma base de folhas digitalizadas pertencentes a diferentes espécies de plantas. Dentre as abordagens testadas, as baseadas na Transformada de Fourier Multiresolução apresentaram os melhores resultados Abstract: This work aims to evaluate the discriminative potential of time-scale-frequency decompositions for contour-based recognition of natural shapes. More specifically, it provides the analysis and comparison of descriptors derived from the Fourier Transform (FT), the Short- Time Fourier Transform (STFT) , the Continuous (CWT) and Discrete (DWT) Wavelet Transforms, and the Multi-Resolution Fourier Transform (MFT). For this purpose, natural sha:pes contours are extracted and parameterized by the complex coordinates and the contour-centroid distance signatures. The mentioned transforms are then applied over the parameterized contours, allowing that, from the resulted decompositions, attributes sets be measured and normalised for invariance acquisition for rotation, reflection, translation, scale and contour sampling initial point changes. Procedures for dimensionality reduction and selection of the most significant attributes are employed, respectively, through the Canonical Variate Analysis technique and the Backward Sequential Selection, obtaining the shape descriptors. The statistical c1assifiers Minimum Mahalanobis Distance and Bayesian are used for c1ass discrimination and the decision errors are estimated by the Leave-One-Out method. For the improvement of discriminative capability of the approaches, this work also permits a hierachical c1assification of the samples. The cost, accuracy and discriminative potential of the approaches are analysedand compared considering results of experiments developed over a base of digitalized leaves of different plant species. Among alI tested approaches, those based on the Multi-Resolution Fourier Transform showed the best results Mestrado Engenharia Elétrica

Orientadores: Luis Gimeno Latre, Maria Teresa Moreira Rodrigues Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O problema tratado é o planejamento e programação (scheduling) da produção em plantas operando em batelada. Considera-se a situação em que são produzidos diversos produtos finais (planta multiproduto) através de vários estágios de produção (operações), e os processadores são multipropósito, podendo ser utilizados por diversas operações. O objetivo é o estudo de problemas da indústria de processos e, para tanto, são consideradas as restrições de armazenagem típicas desta área. O problema considerado é o chamado de curto prazo, no qual o objetivo do planejamento e scheduling da produção é o atendimento de demandas específicas de produtos finais em termos de quantidades e prazos de entrega. A abordagem proposta é de dois níveis. O nível de planejamento utiliza como dados de entrada a demanda de produtos finais, a disponibilidade de matérias primas e a atribuição de operações a processadores. Através de procedimentos de explosão, determinase a quantidade de bateladas de cada operação que serão produzidas e a janela de tempo onde deverá ocorrer o processamento de cada batelada. Utilizam-se técnicas de propagação de restrições para analisar o carregamento induzido aos processadores e a factibilidade do plano de produção. O caráter interativo do sistema permite ao usuário modificar os dados de entrada para obter uma situação factível. O resultado do planejamento, na forma de janelas de tempo, é utilizado no scheduling para reduzir a dimensão do problema. Utilizam-se duas abordagens: uma abordagem de programação linear inteira mista (MILP) utilizando discretização uniforme do tempo e a técnica de simulated annealing. A formulação MILP utiliza intensivamente a informação dada pelas janelas de tempo, reduzindo a quantidade de variáveis binárias envolvidas e propõe-se uma formulação reduzida que explora as informações de carregamento dos processadores. O algoritmo de simulated annealing é acrescido de um processo de filtragem dos candidatos que elimina os candidatos infactíveis, dadas as restrições de ordenamento induzidas pelas janelas de tempo Abstract: The problem focused in this thesis is the short term planning and scheduling of multipurpose batch plants. This is an important problem in the process industry and, because of that, intermediate storage limitations are explicitly considered. The main objective is to fulfill specific demands of final products, distributed along the horizon. It is proposed a two level approach: planning and scheduling. Product' s demands, raw material availability plan and operation/equipment assignment are the inputs to the planning level. At this level an exploding procedure is performed in order to determine the number of batches of each operation as well as their processing time windows. Constraint propagation techniques are used to analyze the plant loading and the production plan feasibility. The interactive nature of the proposed approach allows the user to change input data in order to define a feasible scenario. At the end of the planning level, a set of operations' time windows is released to the scheduling level. Two approaches have been implemented to schedule the operations inside their time windows: a MILP approach based on a uniform time discretization and a simulated annealing approach. The information given by the time windows is intensively used in the MILP formulation, reducing the number of binary variables in the problem. It is also proposed a reduced MILP model exploiting plant loading information. The simulated annealing algorithm implemented also uses the time windows information to eliminate infeasible candidates through a filtering procedure Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores : Leo Pini Magalhães, Ivan Luiz Marques Ricarte Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: A coordenação das interdependências entre atividades colaborativas é uma tarefa complexa, de difícil modelagem computacional. Este trabalho define uma série de interdependências que ocorrem freqüentemente entre tarefas colaborativas e apresenta um conjunto de mecanismos de coordenação para a especificação e controle da interação entre essas tarefas. Estes mecanismos são genéricos e podem ser reutilizados em uma série de ambientes colaborativos, tais como workflows interorganizacionais e ambientes virtuais colaborativos. A separação entre atividades (tarefas) e dependências (controladas pelos mecanismos de coordenação) permite o uso de diferentes políticas de coordenação em um mesmo ambiente colaborativo, sendo necessário apenas trocar os mecanismos de coordenação. Os mecanismos são modelados por redes de Petri, que oferecem um suporte matemático para análise e simulação do comportamento do ambiente colaborativo. Com o modelo baseado em redes de Petri, é possível prever e testar o comportamento de um ambiente de suporte ao trabalho colaborativo antes mesmo de sua implementação Abstract: The coordination of interdependencies among activities in collaborative environments is a very important and difficult task. This work defines a group of interdependencies that frequently occurs among collaborative tasks and presents a set of coordination mechanisms for the specification and control of interaction among these tasks. These mechanisms are generic and can be reused in several collaborative environments, such as interorganizational workflows and collaborative virtual environments. The separation between activities (tasks) and dependencies (controlled by the coordination mechanisms) allows the use of different coordination policies in the same collaborative environment by changing the coordination mechanisms. These mechanisms are modeled using Petri nets, which have a strong theoretical support for analysis and simulation of the collaborative environment's behavior. Using the Petri nets based model, it is possible to anticipate and test the behavior of a computer supported collaborative system even before its implementation Doutorado Engenharia de Computação Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Pedro Luis Dias Peres Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho aborda o problema de redução de modelos para sistemas dinâmicos lineares, contínuos e discretos no tempo, tendo como critérios as normas 1i2 e 1ioo da matriz de transferência associada ao erro de redução. Primeiramente, são apresentados e discutidos os principais métodos de redução de modelos existentes na literatura. A seguir, o problema de redução 1i2 e 1ioo de modelos é formulado em termos de desigualdades matriciais bilineares, assim como o problema de redução 1i2 de ordem de controlador (neste caso, a formulação apresentada difere das demais existentes na literatura). São propostos algoritmos de otimização local para a redução 1i2 e 1ioo de modelos contínuos e discretos no tempo, com ou sem incertezas, baseados na iteração entre dois subproblemas formulados em termos de desigualdades matriciais lineares. Esses algoritmos não possuem convergência garantida e, como mostrado, são dependentes da inicialização. Finalmente, são propostos algoritmos de otimização global para a redução 1i2 e 1ioo de modelos e para a redução 1i2 da ordem de controladores para sistemas contínuos no tempo. Estes algoritmos têm convergência para o ótimo global garantida em tempo finito e são baseados na técnica de otimização branch-and-bound, com subproblemas convexos na forma de desigualdades matriciais lineares Abstract: This work addresses the problem of mo deI reduction for continuous and discrete-time linear dynamic systems, using as criteria the 1-l2 and the 1-loo norms of the transfer matrix associated to the reduction error. First, some important mo deI reduction methods in the literature are presented and discussed. Then, the problem of1-l2 and 1-loo model reduction is formulated in terms of bilinear matrix inequalities, as well as the problem of controller order reduction with criterion 1-l2 (in this case, the formulation presented differs from the existing ones in the literature). Local optimization algo rithms are proposed to solve the problem of 1-l2 and 1-loo model reduction for continuous and discrete-time systems, with or without uncertainties, based on the iteration between two subproblems formulated in terms of linear matrix inequalities. These algorithms do not have convergence assured and, as shown, depend on the initialization. Finally, global optimization algorithms are proposed to solve the problem of 1-l2 and 1-loo model reduction and the 1-l2 controller order reduction for continuous-time systems. These algorithms have convergence assured to the global optimum in finite time, being based on branch-and-bound optimization techniques, with convex subproblems in terms of linear matrix inequalities Doutorado Telecomunicações e Telemática Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Rafael Santos Mendes, Jean Louis Boimond, Laurent Hardouin Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Doutorado

Orientador: Leo Pini Magalhaes Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: A utilização de computadores no desenvolvimento de animações ou simulações torna-se cada vez maior atualmente. A cada dia que passa, novas e mais complexas tarefas são atribuidas ao computador neste campo de aplicações. Dessa forma, este trabalho procura apresentar um conjunto de ferramentas uteis ao desenvolvimento de animações ou simulações modeladas por computador. Especificamente, apresentamos um conjunto de técnicas de controle de movimento de objetos rígidos articulados ou não. São abordados dois níveis de controle neste trabalho: local e global. As técnicas de controle local, que caracterizam a descrição do movimento de um unico objeto, são apresentadas sob a forma de modelos cinemáticos e dinâmicos. Por sua vez, o controle global, que caracteriza a interação entre objetos numa animação ou simulação, é apresentado através de um modelo de "Sistema Dinâmico a Eventos Discretos" (DEDS). Consequentemente, esta subdivisão permite-nos descrever as ações a serem executadas numa animação de forma mais clara e eficiente. São também apresentados alguns exemplos de implementações possíveis para as técnicas apresentadas neste texto, disponíveis também em um disquete que acompanha este exemplar Abstract: The use of computers in modelling animations or simulations has been increasing lately. Every day new and more complex tasks are attributed to computers in this application field. In this way, this work presents a set of tools to develop computer modeled animations or simulations. Specifically, we present a set of motion control techniques that are useful for modelling the motion of (articulated) rigid objects. Two levels of control are studled: local and global. Local control techniques are used to model the motion of each object individually and are presented here through kinematic and dynamic models. On the other hand, Global control techniques are responsable for the interactions among objects and are presented here through a "Discrete Event Dynamic Systems" (DEDS) model. In consequence, this subdivision allows us to describe the actions in the animation with a higher degree of efficiency. Some implementations for these techniques are also presented. Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Gilmar Barreto Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho mostrará a aplicação do filtro de Kalman a um processo computacional discreto, o qual será representado por um modelo matemático que é um sistema de equações lineares, multivariáveis, discretas, estocásticas e variantes no tempo. As contribuições desta pesquisa evidenciam a construção de um modelo matemático apropriado de observabilidade instantânea para representar sistemas que variam rapidamente no tempo; a construção dos fundamentos teóricos do filtro de Kalman a ser aplicado em sistemas lineares, multivariáveis, discretos, estocásticos e variantes no tempo; bem como a construção deste filtro neste contexto e sua aplicação a um processo computacional discreto. Neste trabalho propomos um método para determinar: a matriz de observabilidade instantânea, o vetor de estimação de estado interno, a matriz de covariâncias de erros de estimação de estado interno e a latência de um processo computacional discreto, quando as medidas na saída do computador são conhecidas. Aqui mostramos que quando a propriedade observabilidade instantânea do sistema é verificada, a latência de um processo computacional pode ser estimada. Esta é uma vantagem comparada com os métodos de observabilidade usual, os quais são baseados em cenários estáticos. A aplicação potencial dos resultados deste trabalho é na predição de congestionamentos em processos que variam no tempo e acontecem em computadores digitais. Em uma perspectiva mais ampla, o método da observabilidade instantânea pode ser aplicado na identificação de patologias, na previsão de tempo, em navegação e rastreamento no solo, na água e no ar; no mercado de ações e em muitas outras áreas Abstract: This work will show the application of the Kalman filter to a discrete computational process, which will be represented by a mathematical model: a system of linear, multivariable, discrete, stochastic and time-varying equations. The contributions of this research show the construction of an appropriate mathematical model of instantaneous observability to represent systems that vary quickly in time; the construction of the theoretical foundations of the Kalman filter to be applied to a linear, multivariable, discrete, stochastic and time-varying system; the construction of this filter in this context and its application to a discrete computational process. In this research we propose a method to determine: the instantaneous observability matrix, the internal state vector estimation, Covariance matrix of internal state estimation error and the latency of a digital computational process, when the measures on the computer output are known. Here we show that when the instantaneous observability property of the system comes true, a computing process latency can be estimated. This is an advantage compared to usual observability methods, which are based on static scenarios. The potential application of the results of this work is to predict bottlenecks in time-varying processes which happen inside the discrete computers. In a broader perspective, the instantaneous observability method can be applied on identification of a pathology, weather forecast, navigation and tracking on ground, in the water and in the air; in stock market prediction and many other areas Doutorado Automação Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Romis Ribeiro de Faissol Attux, Jayme Garcia Arnal Barbedo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Esta tese descreve investigações sobre a aplicação de modelos computacionais para o ritmo na interatividade homem-computador. São propostos um modelo para transcrição musical semi-automática, um modelo para transcrição automática e duas interfaces para expressão musical, todos baseados em conceitos ligados a ritmo. Este estudo, inédito, evidencia a importância do uso de conhecimentos especialistas em sistemas de recuperação de informações musicais, uma vez que são possibilitados não somente sistemas mais eficazes como também novas maneiras de interagir musicalmente com o computador Abstract: This thesis describes investigations towards the use of computational models for rhythm in the context of human-machine interactions. I propose a model for semiautomatic musical transcription, a model for automatic musical transcription and two interfaces for musical expression, all of them based in concepts related to rhythm. This novel study highlights the importance of using domain-specic knowledge in music information retrieval systems, as it allows not only more accurate systems to be built, but also the development of new ways of musically interacting with computers Doutorado Engenharia de Computação Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Roberto de França Arruda, Philippe Herzog Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O controle angular da radiação sonora pode ser obtido utilizando um arranjo compacto de alto-falantes independentemente programáveis operando na mesma faixa de frequência. Geralmente, os alto-falantes são dispostos sobre uma estrutura de formato esférico seguindo a geometria de um sólido de Platão a fim de se obter uma configuração altamente simétrica. Recentemente, protótipos de arranjos esféricos compactos de alto-falantes vêm sendo desenvolvidos e aplicados a medições em acústica de salas, performances de música eletroacústica e síntese de padrões de diretividade de fontes acústicas tais como instrumentos musicais. Contudo, muitos aspectos referentes a seu controle, projeto e comportamento eletromecânico, bem como à sua habilidade em proporcionar uma experiência sonora mais realista que sistemas de áudio convencionais, permanecem não esclarecidos. Este trabalho contempla a análise e síntese de campos sonoros através de um arranjo esférico compacto de alto-falantes e pretende contribuir para o esclarecimento de alguns aspectos supracitados. Propõe-se uma estratégia de controle baseada nos modos de radiação acústica do arranjo esférico, a qual apresenta várias vantagens sobre a estratégia usual fundada nos harmônicos esféricos. Uma análise teórica e experimental do comportamento eletromecânico de arranjos compactos de alto-falantes também é apresentada, na qual o acoplamento acústico entre os alto-falantes no interior da estrutura esférica é considerado. Além disso, os sinais ótimos dos alto-falantes correspondentes a um dado padrão de diretividade são calculados utilizando duas funções custo distintas, revelando que o realismo do padrão sintetizado pode ser significativamente ampliado desprezando-se a fase da diretividade alvo. Finalmente, os modelos teóricos propostos são validados por medições de impedância elétrica, velocidade dos diafragmas dos alto-falantes e padrões de diretividade Abstract: Angular control of the sound radiation can be achieved by using a compact array of independently programmable loudspeakers operating at the same frequency range. The drivers are usually distributed over a sphere-like frame according to a Platonic solid geometry to obtain a highly symmetrical configuration. Prototypes of compact spherical loudspeaker arrays have been recently developed and applied in room acoustics measurements, electroacoustic music performance and synthesis of directivity patterns of acoustical sources such as musical instruments. However, many aspects concerning their control, design, electromechanical behavior and ability to provide a more realistic sound experience than conventional audio systems remain unclear. This work concerns the analysis and synthesis of sound fields by a compact spherical loudspeaker array and aims to contribute to clarifying some aspects mentioned above. A control strategy based on the acoustic radiation modes of the spherical array is proposed, which presents several advantages over the usual strategy based on the spherical harmonics. A theoretical and experimental analysis of the electromechanical behavior of compact loudspeaker arrays is also presented, in which the acoustic coupling between drivers inside the array frame is taken into account. In addition, optimumdriver signals corresponding to a given target directivity pattern are derived using two different cost functions, indicating that the realism of the synthesized pattern may be significantly increased by neglecting the phase of the target directivity pattern. Finally, the proposed theoretical models are validated through measurements of electrical impedance, loudspeaker diaphragm velocity and directivity patterns Doutorado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Fernando Jose Von Zuben, Leandro Nunes de Castro Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Problemas de otimização combinatória apresentam grande relevância prática e surgem em uma ampla gama de aplicações. Em geral, a otimização combinatória está associada a uma explosão de candidatos à solução, inviabilizando a aplicação de métodos exatos. Frente à intratabilidade desta classe de problemas via métodos exatos, nos últimos anos tem havido um crescente interesse por métodos heurísticos capazes de encontrar soluções de alta qualidade, não necessariamente ótimas. Considerando o notório sucesso empírico de meta-heurísticas concebidas através da inspiração biológica e na natureza, essas abordagens vêm ganhando cada vez mais atenção por parte de pesquisadores. É fato conhecido que não existe uma única metodologia capaz de sempre produzir os melhores resultados para todas as classes de problemas, ou mesmo para todas as instâncias de uma mesma classe. Assim, a busca de solução para problemas de natureza combinatória constitui uma linha de pesquisa desafiadora. Nesta tese são considerados problemas de otimização combinatória multicritério e multimodal. Como principal contribuição, destaca-se a concepção de novas meta-heurísticas para a solução de problemas combinatórios de elevada complexidade, tendo sido propostas duas classes de ferramentas computacionais. A primeira envolve um método híbrido fundamentado em mapas auto-organizáveis de Kohonen e inferência nebulosa, em que um conjunto de regras guia o processo de treinamento do mapa de modo a permitir o tratamento de problemas com restrições e múltiplos objetivos. A segunda abordagem baseia-se em sistemas imunológicos artificiais. Em particular, a abordagem imunológica levou à proposição de meta-heurísticas capazes de encontrar e manter diversas soluções de alta qualidade, viabilizando o tratamento de problemas multimodais. Como casos de estudo, foram consideradas duas classes de problemas de otimização combinatória multimodal: o problema de roteamento de veículos capacitados e o problema do caixeiro viajante simétrico. As técnicas propostas foram também adaptadas para a solução de problemas de bioinformática, em particular ao problema de análise de dados de expressão gênica, produzindo resultados diferenciados e indicando um elevado potencial para aplicações práticas. Abstract: Combinatorial optimization problems possess a high practical relevance and emerge on a wide range of applications. Usually, combinatorial optimization is associated with an explosion of candidates to the solution, making exact methods unfeasible. Before the unfeasibility of exact methods when dealing with this class of problems, lately there has been an increasing interest in heuristic methods capable of finding high-quality solutions, not necessarily the optimal one. Considering the widely known empirical success of metaheuristics conceived with inspiration on biological systems and on the nature itself, such approaches are receiving more and more attention from the scientific community. Evidently, there is no single methodology able to always produce the best results for all classes of problems, or even for all instances of one specific class. That is why the search for solutions to combinatorial problems remains a challenging task. This thesis considers multicriteria and multimodal combinatorial optimization problems. As the main contribution, one can emphasize the conception of new metaheuristics designed to the solution of high-complexity combinatorial optimization problems, and two classes of computational tools have been proposed. The first one involves hybrid method based on Kohonen self-organizing maps and fuzzy inference, in which a set of rules guides the training of the self-organizing maps in order to allow the handling of problems with constraints and multiple objectives. The second approach is based on artificial immune systems. Particularly, the immune-inspired approach leads to the proposal of metaheuristics capable of finding out and maintaining multiple high-quality solutions, making it possible to deal with multimodal problems. As case studies, the capacitated vehicle routing problem and the symmetric traveling salesman problem are considered, giving rise to combinatorial and multimodal problems. The proposed techniques were also adapted to the solution of problems in the field of bioinformatics, specifically the analysis of gene expression data, leading to distinguished results and indicating a high potential for practical applications. Doutorado Engenharia de Computação Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: José Cláudio Geromel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Esta tese trata do projeto de controladores dinâmicos H2 ou H? via realimentação de saída para sistemas lineares com comutação contínuos e discretos no tempo. Inicialmente, apresentamos a síntese via realimentação de estado de forma a colocar em evidência as principais dificuldades para a obtenção da solução do problema de projeto mais realista, correspondente ao controle via realimentação dinâmica de saída. As condições obtidas são necessárias e suficientes para a existência de solução com uma estrutura particular para as chamadas desigualdades de Lyapunov ou Riccati-Metzler. Tratamos também da síntese via realimentação de estado de sistemas sujeitos a incertezas limitadas em norma e politópicas. No que diz respeito às incertezas limitadas em norma, as condições são válidas inclusive se as mesmas apresentarem estrutura do tipo linear fracionária (LFT). No caso de incertezas politópicas, as condições podem ser empregadas como uma alternativa para o projeto de controle de sistemas com parâmetros lineares variantes no tempo (LPV). Aplicamos os resultados teóricos para a solução de três problemas de cunho essencialmente práticos, a saber, a regulação da tensão de saída de conversores de potência CCCC, a estimação da aceleração vertical de uma suspensão automotiva e o controle do ângulo de rolamento de uma aeronave Abstract: This thesis is concerned to the output feedback H2 or H? control design for continuous-time and discrete-time switched linear systems. Initially, we present the state feedback synthesis in order to put in evidence the main difficulties we have to face towards the solution of the more realistic output feedback control design problem. The conditions are necessary and sufficient regarding the existence of a structured solution of the Lypunov or Riccati-Metzler inequalities. We also treat the state feedback synthesis for switched linear systems subject to norm bounded or polytopic uncertainties. In the former case, the conditions hold even if the uncertainty presents the linear fractional structure (LFT), and in the latter one, the conditions can be used as an alternative to the linear parameter varying control (LPV). The theoretical results are applied to three practical problems, namely, the output voltage regulation of DC-DC converters, the vertical stroke estimation in automotive suspensions and aircraft roll angle control Doutorado Automação Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Rafael Santos Mendes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O problema de regulação de trens é particularmente importante entre os problemas de escalonamento encontrados nos sistemas de transporte metroviários, sendo caracterizados por trens percorrendo regiões urbanas levando passageiros de uma localização para outra. Se o intervalo entre trens desejado, tempos de parada em plataformas e os tempos de percurso entre plataformas são determinados e conhecidos a-priori, a solução de estado estável (tabela horária) pode ser calculada. Entretanto, sistemas reais estão sujeitos a perturbações como passageiros impedindo o fechamento de portas, falhas mecânicas ou elétricas, etc., que podem desviar os trens do estado estável. Nesse contexto, esse trabalho está direcionado para a determinação de uma lei de controle, i.e., uma lei para a determinação dos instantes de chegada e partida de cada trem em cada plataforma nos ciclos do sistema para restabelecer e manter a tabela horária (solução de referência). A lei de controle proposta está baseada nos conceitos da álgebra maxplus. Os instantes desejáveis de chegada e partida de cada trem em cada plataforma são calculados a partir dos últimos instantes de ocorrência dos eventos do sistema e de um conjunto de matrizes definido na álgebra max-plus. Abstract: The train regulation problem is of particular importance among the scheduling problems found in mass transit systems, being characterized by trains running in urban regions taking passengers from one location to another. If the desired headway between trains, dwell-times in platforms and running times between platforms are determined and known a-priori, the steady state solution (timetable) can be calculated. However, real systems are subject to disturbances such as passengers preventing doors from closing, mechanical or electrical failures, etc., that can deviate the trains from the steady state. In this context, this work is concerned with the determination of a control law, i.e., a law for the determination of the arrival and departure times of each train on each platform in the system's cycles in order to reestablish and maintain the timetable (reference solution). The proposed control law is based on max-plus algebra concepts. The desired arrival and departure times of each train on each platform are calculated from the last occurrence instants of the system's events and from a set of matrices defined in max-plus algebra. Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: João Bosco Ribeiro do Val Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Os elevados custos de produção na extração de petróleo marítimo são reduzidos com um sistema inovador que a Petrobras está desenvolvendo, denominado VASPS (do inglês, Vertical Annular Separation and Pumping System), capaz de separar gás e líquido ainda no assoalho oceânico. Esta dissertação trata do ajuste do nível de l'iquido no reservatório do VASPS, via controle impulsional estocástico, que se distancia bastante de um regulador convencional. A vazão de entrada flutua e o controle consiste em alterar a velocidade da bomba de saída do tanque, mantendo o nível numa faixa de operação, na qual ele varia livremente sem prejuízo. Todavia, é necessário de um lado observar o risco de operar próximo aos extremos de nível e de outro minimizar o número de intervenções na velocidade da bomba para prolongar sua vida útil. Optou-se por modelar o sistema por meio de um processo de difusão e formular por controle impulsional. Para a sua solução, o controle impulsional é convertido em uma sequência de problemas de parada ótima iterados, resolvidos utilizando-se a Discretização do Valor Médio, MVS (do inglês, Mean Value Scheme). Esta dissertação introduz o uso do controle impulsional nesta aplicação além da técnica citada para resolver problemas de parada ótima. Abstract: The high costs in offshore oil production are reduced with the use of an innovative system which has been developed by Petrobras, the Brazilian oil company. Called VASPS (Vertical Annular Separation and Pumping System), it consists of an undersea gas/liquid separator. This work presents a strategy for the liquid level adjustment in the VASPS tank, which is subject to uncertain liquid inflow. This is far from a strict control regulator problem, since the liquid level may drifts freely inside an operation range. Although, in one hand, it is necessary to account for a risky operation near the limits, on the other hand, acting freely and continuously in the controlled pump may drastically shorten the lifetime of the equipment. To prevent premature worn with halt in the oil production, the control input variations should be meager. We propose a stochastic impulse control for varying the outflow pump speed. This formulation is transformed in a sequence of iterated optimal stopping problems, which results in a sequence of variational inequalities. We employ the numerical method called Mean Value Scheme (MVS) to solve this type of problem. This monograph introduces impulse control to the resevoir level adjustment of VASPS, together with the application of the MVS to its solution. Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Rafael Santos Mendes, Max Henrique Machado Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Os recentes avanços da tecnologia da informação e da capacidade de processamento têm favorecido o desenvolvimentos de novas técnicas de processamento de sinais e extração de informações no âmbito da escuta e aprendizado por máquina. Este ambiente favoreceu o surgimento da ciência multidisciplinar conhecida por \textit{recuperação de informação musical} (MIR), que busca estudar e desenvolver técnicas de analise automática de sinais musicais. Uma das mais importantes ferramentas desenvolvidas pela MIR são os chamados \textit{descritores sonoros}, que são conjuntos de informações passíveis de serem extraídas automaticamente e com significados objetivos a respeito de determinadas características de sinais sonoros. Este trabalho visa o estudo da relação entre certos descritores sonoros e algumas características perceptuais relacionadas ao timbre de instrumentos musicais. Como suporte a esta análise, optou-se por utilizar uma técnica ainda pouco estudada chamada de síntese aditiva fractal (FAS), que possibilita codificar sinais sonoros de altura definida a partir de uma reduzida quantidade de parâmetros ao separar o conteúdo determinístico (que compreende as informações periódicas puras) e o conteúdo estocástico (relacionado a elementos da pseudo-periodicidade e do ruído presente). Diferentemente de técnicas tradicionais, a FAS não se fundamenta na transformada de Fourier, mas sim na transformada wavelet de banda harmônica, que tem como princípio a codificação das bandas laterais de cada harmônico como um processo de perfil 1/f, a partir da transformada wavelet. Por possibilitar uma análise de cada banda lateral de cada harmônico, a FAS fornece uma codificação intra-harmônico, garantindo um nível de detalhamento de sinais tonais, ou seja, de altura definida, não encontrado em técnicas tradicionais. Este trabalho tem como objetivo a implementação de um sistema fundamentado na FAS capaz de codificar sinais tonais musicais para a extração e manipulação de descritores sonoros a fim de estudar sua relação com características perceptuais. Ao longo deste trabalho foi desenvolvido um novo descritor focado na codificação da seção estocástica do som, o coeficiente de correlação de banda harmônica (CCBH) Abstract: Recent advances in information technology and processing power of modern computers lead the development of new signal processing techniques and information extraction for machine listening and learning. This environment favoured the development of the multidisciplinary science called \textit{music information retrieval} (MIR), that aim the study and development of musical signals automatic analysis techniques. Some of the most important MIR tools are \textit{sound features}, that are information sets capable of been automatic extracted and with objective meaning on some perceptual aspects of sound signals. This research aims the study of the relation between sound features and perceptual aspects related with the timbre of musical instruments. As framework for this analysis, a still poorly studied technique called \textit{fractal additive synthesis} (FAS) has been chosen, capable of coding pitched sound signals by a small set of parameters, by splitting its content into a deterministic set (composed by its pure periodic information) and a stochastic set (related to its pseudo-periodicity and background noise). As a difference from traditional techniques, FAS is not based on Fourier transform, but on \textit{harmonic band wavelet transform}, which is based on the idea of coding each harmonic side-band as a $1/f$ process with the wavelet transform. By enabling an analysis of each harmonic side-band, FAS is capable of an intra-harmonic coding, ensuring a high level of detail for pitched sound signals not found in traditional techniques. This research has the development of a FAS based system capable of encoding pitched sound signals for extraction and manipulation of sound features as objective, in order to study its relation with perceptual attributes. Throughout this work a new sound feature was developed aiming the encode of the stochastic section of sound, the harmonic band correlation coefficient (CCBH) Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica CAPES 1545593 CNPQ

Orientadores: José Raimundo de Oliveira, Rafael Santos Mendes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O planejamento de capacidade de sistemas é um método muito útil para predizer qual hardware será necessário para processar um sistema de TI (Tecnologia da Informação) com alto desempenho. A ferramenta proposta foi desenvolvida para facilitar este difícil e importante trabalho, automatizando a análise do software em diferentes ambientes. Através da simulação discreta orientada a eventos, baseada em um modelo de teoria de filas, ela modela a interação entre hardware e softwares, simplificando a análise de qualquer sistema batch de TI. Neste tipo de sistema, normalmente existem muitas transações que necessitam ser processadas pelo sistema sem interação humana e frequentemente são utilizados os benefícios do processamento paralelo para um melhor desempenho. Podemos aplicar estas idéias para representar a carga de trabalho no modelo de simulação simplesmente como processos que entram no sistema para serem processados. Os resultados mostraram que é possível utilizar um modelo para representar o sistema real com uma precisão de até 30% Abstract: System Capacity Planning is a very useful method to predict which hardware will be necessary to run a high performance IT system. The proposed tool was developed to ease this hard and important job, automating the analysis of the software in different environments. It uses the discrete-event simulation using a queue theory model to represent the hardware and software interaction. The model presented here represents a simplification of any batch IT systems. In this type of system, commonly we have a lot of transactions that need to be processed by the system without human interaction and frequently use the benefits of parallel processing for better performance. We can apply these ideas to represent the workload in the simulation model as simple tasks that enter the system to be processed. Results show that it is possible to use a model to represent the real system with 30% fidelity Mestrado Engenharia de Computação Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Max Henrique Machado Costa, Rafael Santos Mendes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Nesta dissertação propõe-se um método de compressão de áudio que se baseia na decomposição do sinal de entrada em sub-bandas wavelets e na codificação dos coeficientes mais expressivos. O esquema de codificação é composto principalmente da ordenação e aproximação polinomial dos coeficientes, sendo a ordenação feita de tal forma a possibilitar uma adequada aproximação polinomial. Além disso, o método faz uso de codificação de entropia para melhorar a eficiência do codificador e também de um sistema adaptativo de controle de taxa versus distorção para obter uma taxa de bits aproximada constante na saída do codificador. Discute-se ainda sobre a flexibilidade do codificador proposto com diferentes configurações e os melhores resultados são comparados com outros codificadores de áudio em termos da relação sinal-ruído e qualidade de áudio perceptiva Abstract: This dissertation proposes an audio compression method based on the decomposition of input signal into wavelet subbands and the coding of most expressive coefficients. The coding scheme is composed mainly the ordering and polynomial approximation of coefficients, being the ordering made for a suitable polynomial approximation. In addition, the method makes use of entropy coding to improve the efficiency of the encoder and also of an adaptive system of rate versus distortion control to obtain an approximate constant bit rate at the encoder output. It also discusses the flexibility of the proposed encoder with different configurations and the best results are compared with other audio encoders in terms of signal-to-noise ratio and perceptual audio quality Mestrado Telecomunicações e Telemática Mestre em Engenharia Elétrica CAPES 88882.329360/2019-01

Orientadores: Paulo Augusto Valente Ferreira, Ely Carneiro de Paiva, Alessandro Correa Victorino, José Raul Carreira Azinheira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Veículos terrestres inteligentes têm recebido uma atenção especial da comunidade de robótica nos últimos anos. Suas aplicações são vastas, incluindo: novas tecnologias de segurança adotadas por veículos comerciais ao redor do mundo; maquinários agrícolas autônomos; robôs para exploração de outros planetas, entre outras. Apesar desta variedade de aplicações, o princípio de locomoção é o mesmo: a interação entre o veículo e o solo. Esta tese de doutorado interessa-se nas interações entre o veículo, seus pneus, e o solo. Mais precisamente, interessa-se em como medir as forças de interação e em descrever seus efeitos no comportamento do veículo, especialmente em condições extremas, que podem ser consequências da falta de aderência, das irregularidades do terreno, da velocidade excessiva, de curvas fechadas, etc. Para responder a estas questões, o problema é abordado a partir de uma ótica de controle aplicado. Primeiramente, o sistema a ser controlado - o veículo - é modelado através de equações diferenciais. Algumas hipóteses são introduzidas, e uma abordagem analítica de sua dinâmica é usada para criar diversos modelos veiculares com diferentes níveis de complexidade. Estratégias de controle devem detectar a dinâmica do sistema com acurácia. Algumas variáveis são difíceis de medir ou necessitam sensores caros. As variáveis mais difíceis de serem mensuradas são, exatamente, as forças na interface pneu-solo. Aqui, uma nova estrutura de observadores em cascata com interconexões em atraso é apresentada para estimar, com precisão, as forças que atuam nos pneus. Os resultados obtidos são comparados com dados reais adquiridos por uma plataforma veicular. Como meta da estratégia de controle, o veículo deve realizar uma manobra com precisão. Para determinar a forma como o veículo deve se comportar, análises típicas para sistemas não lineares em modelos no espaço de estados foram realizadas. Tais análises consideram: o diferencial de forças de tração; as forças combinadas no pneu; a distribuição de forças verticais; e as condições de aderência. As análises fornecem condições de curva, incluindo curvas normais e em derrapagem, quando o veículo é submetido a diferentes configurações de velocidade e esterçamento. Tais condições são usadas para sintetizar controladores em ambiente de simulação. Os resultados mostram que os controladores são capazes de estabilizar o veículo em curva, inclusive para os casos de curva em derrapagem Abstract: Intelligent ground vehicles have received special attention from the robotics community in the past years. Their applications are vast, including: new safety technologies adopted by commercial passengers cars worldwide; harvest autonomous machines; interplanetary exploration robots, among others. Despite the variety of applications, their principle of movement is the same: the interaction between the vehicle and the ground. In this thesis, we are interested in the interactions between the vehicle, their tires, and the ground. More precisely, we are interested in how to measure interaction forces and describe their influences on the vehicle behavior, especially in extreme conditions such as the lack of adherence, irregular terrains, excessive speed, intense cornering, etc. To answer these questions, we address the problem using an applied control point of view. Firstly, the system to be controlled - the vehicle - is modeled using differential equations. Some hypotheses are introduced, and an analytical approach of its dynamics is used to create several vehicle models with different levels of complexity. Control strategies need to accurately sense the system dynamics. Some variables are difficult to measure or need expensive sensors. The most difficult variables to be measured are exactly the forces acting on the tire-ground interface. Here, we present a new delayed interconnected cascade-observer structure to accurately estimate the forces acting on each tire. The results obtained are compared with real data acquired from an actual vehicle platform. As control goal, the vehicle must execute maneuvers with precision. To determine the ways the vehicle can behave, standard nonlinear system analyses of vehicle state-space models are developed. Such analyses consider different characteristics of the vehicle: the traction forces differential, the combined tire forces, the vertical forces distribution, and the adherence condition. The analyses provide cornering conditions, including normal and drifting cornering, when the vehicle is submitted to different configurations of speed and steering. These conditions are used to synthesize controllers in a simulated environment. Results show that the controllers are capable of stabilizing the vehicle in cornering, even in drifting conditions Doutorado Automação Doutor em Engenharia Elétrica CAPES FAPESP 2014/06610-8, 2014/27240-4, 2016/02672-9 CNPQ 159831/2013-0

Orientadores: Rafael Santos Mendes, Laurent Hardouin, Mehdi Lhommeau Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Os Sistemas a Eventos Discretos (SEDs) constituem uma classe de sistemas caracterizada por apresentar espaço de estados discreto e dinâmica dirigida única e exclusivamente pela ocorrência de eventos. SEDs sujeitos aos problemas de sincronização e de temporização podem ser descritos em termos de equações lineares usando a álgebra max-plus. A análise de alcançabilidade visa o cálculo do conjunto de todos os estados que podem ser alcançados a partir de um conjunto de estados iniciais através do modelo do sistema. A análise de alcançabilidade de sistemas Max Plus Lineares (MPL) pode ser tratada por meio da decomposição do sistema MPL em sistemas PWA (Piece-Wise Affine) e de sua correspondente representação por DBM (Difference-Bound Matrices). A principal contribuição desta tese é a proposta de uma metodologia similar para resolver o problema de análise de alcançabilidade em sistemas MPL sujeitos a ruídos limitados, chamados de sistemas MPL incertos ou sistemas uMPL (uncertain Max Plus Linear Systems). Primeiramente, apresentamos uma metodologia para particionar o espaço de estados de um sistema uMPL em componentes que podem ser completamente representados por DBM. Em seguida, estendemos a análise de alcançabilidade de sistemas MPL para sistemas uMPL. Além disso, a metodologia desenvolvida é usada para resolver o problema de análise de alcançabilidade condicional, o qual esta estritamente relacionado ao cálculo do suporte da função de probabilidade de densidade envolvida no problema de filtragem estocástica Abstract: Discrete Event Dynamic Systems (DEDS) are discrete-state systems whose dynamics are entirely driven by the occurrence of asynchronous events over time. Linear equations in the max-plus algebra can be used to describe DEDS subjected to synchronization and time delay phenomena. The reachability analysis concerns the computation of all states that can be reached by a dynamical system from an initial set of states. The reachability analysis problem of Max Plus Linear (MPL) systems has been properly solved by characterizing the MPL systems as a combination of Piece-Wise Affine (PWA) systems and then representing each component of the PWA system as Difference-Bound Matrices (DBM). The main contribution of this thesis is to present a similar procedure to solve the reachability analysis problem of MPL systems subjected to bounded noise, disturbances and/or modeling errors, called uncertain MPL (uMPL) systems. First, we present a procedure to partition the state space of an uMPL system into components that can be completely represented by DBM. Then we extend the reachability analysis of MPL systems to uMPL systems. Moreover, the results on reachability analysis of uMPL systems are used to solve the conditional reachability problem, which is closely related to the support calculation of the probability density function involved in the stochastic filtering problem Doutorado Automação Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ 164765/2013-1 CAPES 99999.002340/2015-01

Orientadores: Eleri Cardozo, Rafael Santos Mendes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A capacidade humana de se locomover é uma das mais importantes. A perda desta capacidade causada por doenças, acidentes ou envelhecimento causa grande impacto na qualidade de vida e autonomia das pessoas. Para diminuir estes efeitos o campo das tecnologias assistivas, mais especificamente o da robótica assistiva, visa melhorar a qualidade de vida destes indivíduos com a utilização de robôs. Esta dissertação discute estas tecnologias no processo de transformação de uma cadeira motorizada em uma cadeira de rodas robotizada. Inicialmente, os diversos tipos de cadeira de rodas existentes no mercado e desenvolvidos na academia são analisados e, com base nesta análise, é proposta uma arquitetura para cadeiras robóticas capazes de serem controladas por uma vasta gama de interfaces assistivas. Esta arquitetura tem por meta prover um comportamento da cadeira de rodas o mais próximo possível de robôs móveis de pesquisa, possibilitando assim o emprego de algoritmos disponibilizados pela comunidade de robótica móvel. Um modelo dinâmico da cadeira de rodas é também derivado e empregado para a sintonia de controladores de velocidade e simulação do comportamento da cadeira robótica. Finalmente, uma estratégia de controle compartilhado é apresentada com o objetivo de combinar cooperativamente as capacidades humanas e do robô visando melhorar a execução das tarefas diárias de locomoção Abstract: The mobility is one of the most important human capabilities. The loss of mobility as caused by diseases, accidents, or ageing leads to a substantial impact on the people¿s quality of life and autonomy. To decrease these effects assistive technologies, and specifically, assistive robotics aims to increase the quality of life of handicapped people by employing robots. This dissertation discusses these technologies in the process of transforming a regular powered wheelchair into a robotic wheelchair. Initially, many models of commercial and academic-developed wheelchairs are analysed and, based on this analysis, an architecture of robotic wheelchairs able to be controlled by a wide range of assistive interfaces is proposed. Moreover, this architecture must provide the wheelchair with behaviour as close as possible of those found on research grade mobile robots, making it feasible to employ the many algorithms available from the mobile robotics community. A dynamic model of the wheelchair is also derived and used in the tuning of velocity controllers and the simulation of the robotic wheelchair¿s dynamic behaviour. Finally, a shared control strategy is presented with the objective of combining cooperatively the human and robot¿s capabilities in order to improve the realization of the daily locomotion tasks Mestrado Engenharia de Computação Mestre em Engenharia Elétrica CNPQ 162023/2014-6

Orientadores: Rafael Santos Mendes, João Bosco Ribeiro do Val Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A principal contribuição desta tese é a proposta de uma metodologia usando álgebra de dióides e equações max-plus para recursivamente identificar componentes e caminhos em um sistema dinâmico que geram defeitos em características de produto. Esse problema é uma preocupação importante para vários processos de manufatura e de negócio ao redor do mundo. Essa abordagem ainda não foi discutida na literatura de diagnóstico de falhas e apresenta um grande ganho computacional considerando as perspectivas de diagnóstico e isolamento de falhas. O método consiste na modelagem das trajetórias de um sistema dinâmico atraves de um grafo de eventos temporizado, um tipo particular de rede de Petri cujos disparos são identificados por equações max-plus. Em seguida realiza-se a identificação de parâmetros estocásticos de atraso nos lugares dessa rede artificialmente construída. Embora o modelo da rede não corresponda ao modelo do sistema estudado, a identificação desses atrasos permite inferir taxas de defeito na planta. Finalmente, é proposta a identificação desses parâmetros na rede com observações parciais de defeitos no sistema, usando um procedimento baseado em programação linear inteira. Propõe-se ainda a inserção dessa metodologia em técnicas de identificação de defeitos já praticadas no mercado, particularmente em processos de manufatura. Exemplos numéricos são apresentados ilustrando a eficiência dos métodos propostos em termos da acurácia dos resultados e do esforço computacional requerido Abstract: This thesis proposes, as main contribution, a new methodology for using dioid algebra and max-plus equations to recursively identify components and paths in a dynamic system that generates defects in particular products. This problem is a capital concern in many manufacturing processes as well as business processes around the world. This approach has not yet been discussed in the literature and presents a great computational gain regarding the fault diagnosis and isolation. The method consists of modelling trajectories from a dynamic system using a timed event graph, a particular kind of Petri net where its daters can be modelled by max-plus linear equations. Next a parameter identification of these daters is conducted in the proposed Petri net. Although the designed Petri net does not correspond to the studied system, its daters can be used to infer defect rates on activities from the real system. Finally, the identification of data using partial observations from the system is proposed through the use of linear integer programming techniques. It is also proposed the use of this methodology in combination of common fault identification methods in the industry, particularly in manufacturing processes. Numerical examples are presented illustrating the efficiency of the proposed methods in terms of accuracy and required computational burden Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Christiano Lyra Filho, Fábio Luiz Usberti Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho explora alternativas para a determinação das melhores políticas de planejamento das ações de manutenção preventiva em redes de distribuição de energia elétrica. O problema é uma extensão de abordagens da área de manutenção centrada em confiabilidade (MCC), que vem sendo objeto de pesquisas ao longo das últimas décadas. Por se tratar de um problema de otimização combinatória de difícil solução, são poucos os artigos publicados que envolvem sistemas de escala real, e a maioria dentre esses utiliza meta-heurísticas como estratégia de solução. A abordagem desenvolvida neste trabalho é baseada na técnica de otimização denominada programação dinâmica. Duas estratégias para a redução do espaço de busca são adotadas: uma delas procura identificar e eliminar soluções dominadas; a segunda estratégia envolve a aplicação do processo de otimização da programação dinâmica em torno de uma vizinhança de uma solução promissora, movendo iterativamente em um espaço de soluções --- uma abordagem inspirada na programação dinâmica diferencial discreta. A combinação dessas duas estratégias é denominada Programação Dinâmica com Reduções de Espaço de Estados (PDREE). O trabalho investiga também a construção de estratégias híbridas. Uma das alternativas utiliza um algoritmo genético híbrido para a construção de planos de manutenção iniciais de boa qualidade, posteriormente otimizados pela PDREE. A segunda estratégia híbrida utiliza a PDREE para a construção de boas populações iniciais de soluções, posteriormente otimizada pelo algoritmo genético híbrido. As abordagens desenvolvidas são aplicadas a problemas de escala real e comparadas à abordagem por algoritmo genético híbrido. Os resultados mostram que as ideias desenvolvidas na tese estendem o estado-da-arte sobre a otimização de políticas de manutenção em redes de distribuição de grande porte Abstract: This work explores alternatives to determine the best planning policies for preventive maintenance on electric power distribution systems. The problem is an extension of approaches of the reliability-centered maintenance area that has been studied allong the last decades. Since this problem is a hard combinatorial optimization problem, there are few works that address real-life systems, and most of these works use methods based on metaheuristic as solution strategy. The approaches proposed in this work are based on the optimization technique named dynamic programming. Two strategies are developed to reduce the search space of dynamic programming: the first strategy seeks to identify and eliminate dominated solutions; the second strategy confines the dynamic programming optimization procedures to the neighborhood of good solutions that move iteratively in the solution space---an approach inspired by the discrete differential dynamic programming method. The combination of both strategies is denominated Dynamic Programming with State Space Reductions (DPSSR). The work also investigates the development of hybrid strategies. One of the alternatives uses a hybrid genetic algorithm to obtain a promising initial maintenance strategy, further optimized by the DPSSR. The second hybrid strategy uses the DPSSR for constructing an initial good population, further optimized by a hybrid genetic algorithm. All the approaches are applied to real-life problems and compared to a pure hybrid genetic algorithm approach. The results show that the ideas developed in the thesis improve the state-of-the-art in obtaining the best maintenance policies for large distribution networks Doutorado Automação Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ

Orientador: Takaaki Ohishi Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A doença Huanglongbing (HLB) tem sido uma das mais importantes para a citricultura mundial, diante da importância econômica e dos prejuízos nas produções de citros. Este trabalho propõe um modelo de simulação para disseminação da doença no pomar. Também procurasse avaliar a produção do pomar de citros frente ao nível de infecção e espalhamento do HLB. Considera a invasão de psilídeos de pomares vizinhos e cenários em que é realizado no pomar o manejo sanitário com remoção de plantas de citros sintomáticas ao HLB e replantio de árvores sadias. Foi utilizada a abordagem de Modelos Baseados em Indivíduos (MBI) para melhor analisar várias características das plantas e psilídeos, como por exemplo idade, produtividade e estado epidemiológico. O nível de produtividade das plantas de citros foi calculado pelo modelo definido por Bassanezi \& Bassanezi (2008). Por meio dos resultados apresentados pelas simulações foi possível obter a produtividade do pomar frente à incidência do HLB. Com um cálculo simplificado de fluxo de caixa estimou-se o retorno financeiro líquido do pomar em termos do valor presente. Conclui-se que a prática do manejo sanitário possibilitará maior produtividade do pomar e consequentemente proporcionará maior lucratividade perante um pomar sem manejo Abstract: The Huanglongbing (HLB) disease has been one of the most important for the world citrus industry. Due its economic importance and the damages to the citrus production caused by HLB, this work propose a simulation model to study the impacts on production and on the citrus plantations depending on the level of infection and the spread of HLB. Considering the psyllids invasion of neighboring orchards and scenarios where the orchard performs the sanitary management with removal of symptomatic citrus plants and replanting healthy trees. We used the Individual Based Model (IBM) methodology, because we intend to analyze better the characteristics of plants and psyllids, for example the age,the productivity and the epidemiological states. The productivity of citrus trees was calculated through the model defined by Bassanezi \& Bassanezi (2008). The model made possible to obtain the productivity of the orchard depending on the incidence of HLB. A simplified calculation of cash flow estimated the net financial return on orchard in terms of present value. It was concluded that a good practice of orchard's health management will enable greater productivity, consequently provide the highest profitability before an orchard without management Mestrado Automação Mestra em Engenharia Elétrica CAPES CNPQ 132282/2013-5

Orientador: Rafael Santos Mendes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A análise de conteúdo e informação musical apresenta benefícios em diversas aplicações como o reconhecimento de música, compactação de informação, transcrição automática de instrumentos musicais, entre outros. Em consequência, o estudo de mecanismos eficazes de descrição sonora que facilitem a análise de áudio tornou-se relevante nas pesquisas atuais. Este estudo teve como objetivo a análise comparativa de instrumentos de sopro baseada no Expoente Hurst de Banda Harmônica, atributo de descrição sonora que caracteriza um sinal de som baseado na energia contida nas bandas laterais dos harmônicos. Nosso trabalho é focado na análise da flauta andina quena por meio de comparações com outros dois instrumentos da mesma família: a flauta doce e a escaleta. Primeiramente, criou-se um banco de dados de sons dos instrumentos. As bandas laterais dos harmônicos destes sons foram decompostos mediante a Transformada Wavelet de Banda Harmônica (HBWT) baseada no modelo de sinal de ruído 1/f pseudo-periódico. Por último, estimou-se o Expoente Hurst de Band Harmônica a partir da regressão linear da energia dos coeficientes da decomposição HBWT. Em relação à análise dos dados, aplicou-se o método quantitativo com estatística descritiva por meio do Coeficiente de Correlação de Pearson. Como resultado obteve-se um conjunto reduzido de parâmetros do Expoente Hurst de Banda Harmônica, o que representou uma vantagem na descrição sucinta de sinais musicais e extração de informação dos instrumentos tais como a quantidade de harmônicos, a descrição do decaimento 1/f e uma aproximação da envoltória espectral do sinal. A partir da comparação do conjunto de parâmetros obtido, encontrou-se maior semelhança de características espectrais entre a quena e a flauta doce ao invés da quena e a escaleta. Verificou-se que o Expoente Hurst de Banda Harmônica é um atributo útil na descrição sonora ao passo que forneceu informação diferenciada dos instrumentos musicais baseada nas características espectrais das bandas laterais dos harmônicos. Em trabalhos futuros, visa-se analisar outras famílias de instrumentos melódicos para o desenvolvimento de aplicações em síntese digital e o projeto de ferramentas de composição musical que possam ser aproveitadas por músicos, compositores e demais interessados na área Abstract: The content and music information analysis presents benefits in many applications like music recognition, compression of information, automatic musical instruments transcription, among others. As a consequence, the study of effective sound description mechanisms to facilitate the audio analysis has become important in current research. This study aimed at comparative analysis of wind instruments based on the Harmonic Band Hurst Exponent, a sound description attribute describing a sound signal based on the energy contained in the sidebands of harmonics. Our work is focused on the analysis of Andean quena flute through comparisons with two other instruments of the same family: the recorder and the melodica. First, we created a musical instrument sound database. The sidebands of harmonics of these sounds were decomposed by the Harmonic Band Wavelet Transform (HBWT) based on the pseudo-periodic 1/f noise signal model. Finally, the Harmonic Band Hurst Exponent was estimated from linear regression of the energy of the HBWT decomposition coefficients. With regard to data analysis, it was applied the quantitative method with descriptive statistics through the Pearson correlation coefficient. As a result we obtained a reduced set of the Harmonic Band Exponent Hurst parameters, which represented an advantage towards the summarized description of musical signals and extraction of information from instruments such as the amount of harmonics, the description of the 1/f decay and an approximation of the signal's spectral envelope. From the comparison of the parameters obtained, we found greater similarity in spectral characteristics between the quena and the recorder instead of the quena and melodica. It was found that the Harmonic Band Hurst Exponent is a useful sound description attribute as it provided distinguishing information of musical instruments based on the spectral characteristics of the sidebands of harmonics. In future work, we aim to analyze other families of melodic instruments for the development of applications in digital synthesis and the design of tools for music composition that can benefit musicians, composers and other stakeholders in the area Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica CNPQ 160186/2013-7

Orientador: João Bosco Ribeiro do Val Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O problema de rastreamento de alvos é tratado de diversas formas na literatura, seja elaborando modelos matemáticos mais eficientes na reprodução da dinâmica de movimentos, seja na construção de filtros estocásticos que realizem estimativa de estados, como de posição e velocidade. Quando se trata do rastreamento em que os alvos de interesse são diversos indivíduos em movimento, a literatura não possui estudos específicos. Dessa forma, o objetivo principal da tese é aprofundar o conhecimento de rastreamento de indivíduos. Neste cenário, existe um número elevado e variável de alvos, que podem surgir de forma espontânea, agrupar-se ou separar-se, além de alarmes falsos imersos nas medidas. Estudou-se a teoria dos Conjuntos Aleatórios Finitos, cujo tratamento matemático se dá através do chamado Cálculo Multi-Alvo. Os filtros estocásticos também foram estudados sobre este ponto de vista, sendo os filtros PHD e GM-PHD os principais. Criada essa base teórica, três propostas baseadas nesse problema foram apresentadas: Modelos de Movimentação de Indivíduos, Simulador de Trajetórias de Indivíduos e Modelos Dinâmicos para Filtragem Estocástica. A primeira das propostas consiste em construir perfis probabilísticos de movimentação para cada um dos indivíduos. A segunda envolve a criação de um simulador de trajetórias de indivíduos que seja o mais verossímil possível em relação às trajetórias reais de uma pessoa, em cenários com variações de terreno, classificados pela dificuldade de locomoção. E finalmente, a terceira proposta tem como objetivo criar um modelo dinâmico combinado e modificado em relação a modelos encontrados na literatura para ser inserido no processo de filtragem estocástica. Ao final, alguns testes e simulações foram realizados, de tal forma a testar o desempenho de filtros e analisar o comportamento dos modelos matemáticos e dos perfis probabilísticos propostos Abstract: The problem of target tracking is handled in different ways in the literature, either developing more efficient mathematical models to reproduce the dynamics of movements, or building stochastic filters that perform state estimation, such as position and velocity. When it comes to target tracking where the targets of interest are many individuals in motion, the literature lacks on specific studies. Thus, the main objective of the thesis is to deepen the knowledge of individuals tracking. In this scenario, there is a large and variable number of targets, which may arise spontaneously, group together or separate, in addition to measures immersed in false alarms. A study of the Random Finite Sets theory was made, whose mathematical treatment is through the so-called Multi-Target Calculus. Stochastic filters were also studied on this point of view, where the PHD and the GM-PHD filters are the main ones. After created the theoretical basis, three proposals based on this problem were presented: Motion Models for Individuals, a Simulator for Individuals Trajectories and Dynamic Models for Stochastic Filtering. The first proposal is based on building a motion probabilistic shape for each individual. The second proposal involves the creation of a trajectory simulator for individuals to be as plausible as possible to the real movements of a person, in scenarios with variations of terrain, ranked by locomotion difficulty. And finally, the third proposal aims to create a combined and modified dynamic model from models found in the literature, to be inserted in the stochastic filters. Finally, several tests and simulations were made in such a way to test the filters performances and analyze the behavior of the proposed mathematical models and the motion probabilistic shapes Doutorado Automação Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Rafael Santos Mendes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A principal contribuição desta dissertação é a proposta de algoritmos de filtragem por partículas em sistemas a eventos discretos nos quais predominam os problemas de sincronização. Esta classe de sistemas pode ser descrita por meio de equações lineares em uma álgebra não convencional usualmente conhecida como álgebra Max Plus. Os Filtros de Partículas são algoritmos Bayesianos sub-ótimos que realizam uma amostragem sequencial de Monte Carlo para construir uma aproximação discreta da densidade de probabilidade dos estados baseada em um conjunto de partículas com pesos associados. É apresentada uma revisão de sistemas a eventos discretos, de filtragem não linear e de filtros de partículas de um modo geral. Após apresentar esta base teórica, são propostos dois algoritmos de filtros de partículas aplicados a sistemas Max Plus. Em seguida algumas simulações foram apresentadas e os resultados apresentados mostraram a eficiência dos filtros desenvolvidos Abstract: This thesis proposes, as its main contribution, particle filtering algorithms for discrete event systems in which synchronization phenomena are prevalent. This class of systems can be described by linear equation systems in a nonconventional algebra commonly known as Max Plus algebra. Particles Filters are suboptimal Bayesian algorithms that perform a sequential Monte Carlo sampling to construct a discrete approximation of the probability density of states based on a set of particles with associated weights. It is presented a review of discrete event systems, nonlinear filtering and particle filters. After presenting this theoretical background, two particle filtering algorithms applied to Max Plus systems are proposed. Finally some simulation results are presented, confirming the accuracy of the designed filters Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jônatas Manzolli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Artes Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre o computador como instrumento de performance musical. A partir deste estudo desenvolvemos processos de criação musical com base na representação algorítmica e no código computacional. Os dois principais recursos técnicos que utilizamos em nossos trabalhos foram: uma técnica de síntese sonora baseada na geração de forma de ondas por equações não-lineares; e métodos de recuperação de informação musical para prover análise e memória em tempo real dos parâmetros musicais de uma performance. O corpo da dissertação possui a seguinte estrutura: primeiramente, apresentamos as características dos instrumentos musicais digitais e as implicações de seu emprego na prática musical. Em seguida fazemos uma revisão do estado da arte da área de recuperação da informação musical e detalhamos os métodos específicos que utilizamos nesse trabalho, que incluem: a) a extração de parâmetros musicais de sinais de áudio monofônicos capturados de instrumentos acústicos; b) análises do comportamento dinâmico de medidas extraídas do sinal de áudio, através de mapas de Poincaré. Posteriormente, expomos o método de e síntese por equações não-lineares. E por fim, apresentamos os processos de criação musical que desenvolvemos com base nos estudos realizados Abstract: This work presents a study about the computer as an instrument for musical performance. Based on this study we developed processes of music creation using the algorithmic representation and the computer code. The two main technical resources we applied in our works were: a sound synthesis method based on the generation of waveforms by non-linear equations; and methods for music information retrieval to provide a computer memory of the music parameters in real time. The dissertation has the following structure: first, we show the characteristics of the digital music instruments and the consequences of its using in the musical practice. Second, we review the state of the art of music information retrieval area and we detail the specific methods we used in our works, which include: a) the extraction of music parameters from monophonic audio signals captured from acustic instruments; b) analysis of the dynamic behavior of measurements extracted from audio signal, by means of Poincaré maps. Next, we present the sound synthesis method by non-linear equations. Finally, we show the musical creative process we developed based on our studies Mestrado Processos Criativos Mestre em Música

Orientadores: Rafael Santos Mendes, Ricardo Goldemberg Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho aplica a técnica do guia de ondas digital ("Digital Waveguide") na síntese de instrumentos de sopro da família das madeiras, em particular, da clarineta. Esta técnica foi desenvolvida na década de 1980 e, desde então, tem sido utilizada em síntese de instrumentosmusicais por modelagem física. A técnica consiste, grosso modo, no processo de discretização da solução por ondas viajantes da Equação da Onda. Este procedimento permite obter uma estrutura de filtros digitais que simula a propagação da onda sonora para a direita e para a esquerda com velocidade de propagação equivalente à velocidade do som, c. No entanto, nos resultados de modelagem física publicados, constatou-se a ausência da velocidade de escoamento do ar, u. A contribuição deste trabalho consiste em reelaborar a estrutura de filtros digitais de modo a contemplar a velocidade de escoamento do fluido. A fundamentação teórica estabelece que para um meio de propagação sonora em movimento as velocidades de propagação para a direita é c + u e para a esquerda é c ? u. Propõe-se então, uma estratificação do tubo da clarineta em camadas divididas por mesma área ou mesma largura de modo a verificar a influência do perfil de velocidades na síntese sonora. Foi observado que a inclusão do escoamento implica uma "distorção" na curva da pressão interna do tubo, o que aproxima essa forma dos resultados experimentais Abstract: This study aims to apply the technique of Digital Waveguide in synthesis of woodwind instruments, particularly the clarinet. This technique was developed in the mid-80 and since then, has application in the synthesis of musical instruments by physical modeling. It consists, roughly, in the process of discretization of the traveling wave solution of the Wave Equation. This leads to a digital filter structure that simulates the propagation of sound waves to the right and left with the speed of sound propagation, c. However, in the published results of physical modeling, the air flow velocity, u, was not included. The contribution of this work is to redesign the structure of digital filters in order to contemplate the velocity of the fluid. The theoretical framework provides that in a medium in motion the velocities of propagation to the right is c + u and to the left is c ? u. It is proposed then a stratification of the tube of the clarinet in layers divided by the same area or same width in order to verify the influence of velocity profile in the synthesized sound. It was observed that the inclusion of flow provides a "distortion" in the internal pressure of the tube. It sets resemblance to experimental results Doutorado Engenharia de Computação Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Wagner Caradori do Amaral, Ricardo Jose Grabrielli Barreto Campello Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho enfoca a modelagem e identificação de sistemas dinâmicos não-lineares estáveis através de modelos fuzzy Takagi-Sugeno (TS) e/ou Volterra, ambos com estruturas formadas por bases de funções ortonormais (BFO), principalmente as bases de funções ortonormais generalizadas (GOBF - Generalized Orthonormal Basis Functions) com funções internas. As GOBF¿s com funções internas modelam sistemas dinâmicos com múltiplos modos através de uma parametrização que utiliza somente valores reais, sejam os polos do sistema reais e/ou complexos. Uma das principais contribuições desta tese concentra-se na proposta da otimização e ajuste fino dos parâmetros destes modelos não-lineares. Realiza-se a identificação dos modelos fuzzy TS-BFO utilizando-se de medidas dos sinais de entrada e saída do sistema a ser modelado. Os modelos fuzzy TS-BFO são inicialmente determinados utilizando-se uma técnica de agrupamento fuzzy (fuzzy clustering) e simplificados por algoritmos que eliminam eventuais redundâncias. Em sequência desenvolve-se o cálculo analítico dos gradientes da saída do modelo TS-BFO em relação aos parâmetros do modelo (polos da BFO, coeficientes da expansão da BFO e parâmetros das funções de pertinência). Utilizando-se técnicas de otimização não-linear e o valor dos gradientes, realiza-se a sintonia fina dos parâmetros dos modelos inicialmente obtidos. Para os modelos de Volterra-GOBF desenvolve-se uma nova abordagem utilizando-se GOBF com funções internas nos kernels dos modelos. São calculados os gradientes analíticos da saída do modelo de Volterra-GOBF, seja com kernels simétricos ou não simétricos, com relação aos parâmetros a serem determinados. Estes valores são utilizados em algoritmos de otimização que possibilitam a obtenção de modelos mais precisos do sistema sem nenhum conhecimento a priori de suas características. Além da identificação de sistemas não-lineares por modelos BFO, abordou-se também, nesta tese, uma nova metodologia para a otimização de modelos lineares BFO no domínio da frequência. Neste contexto, destaca-se como principal contribuição o desenvolvimento, no domínio da frequência, do cálculo analítico dos gradientes da resposta em frequência das funções de Kautz e Laguerre, com relação aos seus parâmetros de projeto. Os valores dos gradientes fornecem a direção de busca dos parâmetros dos modelos em processos de otimização não-linear. Também foram otimizados os modelos GOBF com funções internas, com o cálculo numérico dos seus gradientes, pois, ainda não foi possível estabelecer uma fórmula genérica para o cálculo analítico dos gradientes dos modelos GOBF, de qualquer ordem, em relação aos parâmetros a serem determinados. Exemplos ilustram a aplicação e eficiência dos métodos de identificação e otimização propostos na modelagem de sistemas lineares (domínio do tempo e da frequência) e não-lineares utilizando BFO¿s. Abstract: This work is concerned with the modeling and identification of stable nonlinear dynamic systems using Takagi-Sugeno fuzzy and Volterra models within the framework of orthonormal basis functions (OBF), mainly ladder-structured generalized orthonormal basis functions (GOBF). The ladderstructured GOBFs allows to model dynamic systems with multiple modes, real and/or complex poles, through a parameterization, which uses only real values. The main contribution of this thesis is the optimization and fine tuning of the parameters of OBF nonlinear models. The GOBF models identification are performed using only input and output measurements. The initial GOBF-TS fuzzy model is obtained using a fuzzy clustering technique and simplified by algorithms that eliminate any redundancies. Next, the analytical calculation of the gradients of GOBF-TS model concerning model parameters (GOBF poles, OBF expansion coefficients and the parameters of membership functions) is developed. A fine tuning of the model parameters is obtained by using a nonlinear optimization technique and the calculated gradients. For Volterra-GOBF models a new approach using kernels with ladder-structured GOBF is also proposed. Furthermore, Volterra-GOBF model optimization, with symmetrical or asymmetrical kernels, using an analytical gradients calculation of the output model regarding their parameters is presented. Following, a new approach for linear OBF models optimization, in frequency domain, is also addressed. In this context, the analytical calculation of the gradients of the Laguerre and Kautz frequency response concerning its parameters is presented The ladder-structured GOBF models optimization, in the frequency domain, is performed using only numerical calculation of its gradients, as it has not yet been possible to derive a generic analytical gradients. Examples illustrate the performance and effectiveness of identification methods proposed here in the modeling and optimization of linear (time domain and frequency) and non-linear systems. Doutorado Automação Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Rafael Santos Mendes Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este projeto tem por objetivo estudar um problema de projeto para realizar o handoff vertical entre canais de comunicação GPRS e Satélite em um cenário que otimize o tempo e o custo através de equações probabilísticas. Através de um modelo de estados que descreve as diferentes possibilidades de comunicação entre sistemas GPRS e Satélite, o objetivo é determinar os tempos dos eventos controláveis que fazem a mudança entre os estados de modo a otimizar o tempo de comunicação num cenário probabilístico de handoff vertical entre canais de comunicação. Os resultados das simulações realizadas nesta dissertação em diferentes situações de qualidade dos sinais de transmissão GPRS e Satélite, mostram que através dos algoritmos de handoff desenvolvidos, a probabilidade estacionária de permanência nos estados de transmissão é aumentada Abstract: This project aims to study a design problem to carry-out the handoff vertical of communication between communication channels GPRS and Satellite in a scenario that optimizes time and cost by probabilistic equations. Through a state model that describes the different possibilities of communication between GPRS and satellite systems, the goal is to set the times of the controllable events that do the changes between states in order to optimize the communication time in a probabilistic scenario of handoff vertical for communication channels. The results of the simulations in this work in different situations, quality of transmission signals GPRS and Satellite, show that through the handoff algorithms developed, the stationary probability of staying in the states of transmission is increased Mestrado Eletrônica Mestre em Engenharia Automobilística

Orientadores: João Bosco Ribeiro do Val, Rafael Santos Mendes Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Esta dissertação possui como tema o estudo do problema de rastreamento de alvos manobrantes a partir da modelagem de sistemas dinâmicos com utilização da teoria de saltos markovianos nas transições entre modelos, da utilização de filtros estocásticos recursivos e de técnicas de filtragem. Foram feitos estudos e análises de dois tipos de modelos dinâmicos, o de velocidade constante e o de giro constante. Baseados nestes modelos, elaboraram-se algumas variações em cima destes. Também foram estudados modelos de observações, propondo a inclusão da velocidade radial nas observações do alvo. Os filtros estudados foram o filtro de Kalman estendido, que lida com modelos matemáticos não-lineares, e filtro BLUE, que trata de dinâmicas lineares e modelos de observações que envolvam conversões de coordenadas. As técnicas de filtragem de modelos múltiplos interagentes, que envolve chaveamento entre filtros, e de filtro de partículas, que baseia-se em simulações de Monte Carlo, foram estudados, propondo algumas variações destas técnicas. Foi desenvolvida uma metodologia, através de simulações numéricas no software MATLAB, para comparar desempenhos das propostas de técnicas de filtragem baseadas nestes estudos Abstract: The dissertation's theme is the study of the maneuvering target tracking problem from dynamic systems modeling using markovian jumps on the transitions between models, recursive stochastic filters and filtering techniques. Surveys and analysis of two types of dynamic models were made: the constant velocity model and the constant turn model. Based on these models, some variations were prepared. Observations models were also studied, proposing the inclusion of the radial velocity in the target observations. The studied filters were the extended Kalman filter, which deals with nonlinear mathematical models, and the BLUE filter, which deals with linear dynamics and observations models which envolves coordinates conversions. The filtering techniques of the interacting multiple models, which involves the switching between models, and the particle filter, which is based on Monte Carlo simulations, were studied, proposing some variation of these techniques. We developed a methodology, using numerical simulations on MATLAB software, to compare performances of some of the filtering techniques based on these studies Mestrado Automação Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Wagner Caradori do Amaral, Ricardo Jose Gabrielli Barreto Campello Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho enfoca a modelagem de sistemas não-lineares usando modelos de Volterra com funções de base ortonormal (Orthonormal Basis Functions - OBF). Os modelos de Volterra representam uma generalização do modelo de resposta ao impulso para a descrição de sistemas não-lineares e, em geral, exigem um elevado número de termos para representar os kernels de Volterra. Esta desvantagem pode ser superada representando-se os kernels usando um conjunto de funções ortonormais. O modelo resultante, conhecido como modelo OBF-Volterra, pode ser truncado em um n'umero menor de termos se as funções da base forem projetadas adequadamente. O problema central é como selecionar os polos livres que completamente parametrizam estas funções, particularmente as funções de Kautz e as funções ortonormais generalizadas (Generalized Orthonormal Basis Functions - GOBF). Uma das abordagens adotadas para resolver este problema envolve a minimização de um limitante superior para o erro resultante do truncamento da expansao do kernel. Cada kernel multidimensional é decomposto em um conjunto de bases de Kautz independentes, em que cada base é parametrizada por um par individual de pólos complexos conjugados com a intenção de representar a dinamica dominante do kernel ao longo de uma dimensão particular. Obtem-se uma solução analítica para um dos parâmetros de Kautz, válida para modelos de Volterra de qualquer ordem. Outra abordagem envolve a otimização numerica das bases de funções ortonormais usadas para a aproximação de sistemas dinamicos. Esta estrategia e baseada no cálculo de expressões analíticas para os gradientes da sa?da dos filtros ortonormais com relação aos pólos da base. Estes gradientes fornecem direções de busca exatas para otimizar os pólos de uma dada base ortonormal. As direções de busca, por sua vez, podem ser usadas como parte de um procedimento de otimização para obter o mínimo de uma função de custo que leva em consideração o erro de estimação da saída do sistema. As expressões relativas à base de Kautz e à base GOBF são obtidas. A metodologia proposta conta somente com dados entrada-sa'?da medidos do sistema a ser modelado, isto é, não se exige nenhuma informação prévia sobre os kernels de Volterra. Exemplos de simulação ilustram a aplicação desta abordagem para a modelagem de sistemas lineares e não-lineares, incluindo um sistema real de levitação magnética com comportamento oscilatorio. Por ultimo, estuda-se a representação de sistemas dinâmicos incertos baseada em modelos com incerteza estruturada. A incerteza de um conjunto de kernels de Volterra e mapeada em intervalos de pertinência que definem os coeficientes da expansão ortonormal. Condições adicionais são propostas para garantir que todos os kernels do processo sejam representados pelo modelo, o que permite estimar os limites das incertezas Abstract: This work is concerned with the modeling of nonlinear systems using Volterra models with orthonormal basis functions (OBF). Volterra models represent a generalization of the impulse response model for the description of nonlinear systems and, in general, require a large number of terms for representing the Volterra kernels. Such a drawback can be overcome by representing the kernels using a set of orthonormal functions. The resulting model, so-called OBF-Volterra model, can be truncated into fewer terms if the basis functions are properly designed. The underlying problem is how to select the free-design poles that fully parameterize these functions, particularly the two-parameter Kautz functions and the Generalized Orthonormal Basis Functions (GOBF). One of the approaches adopted to solve this problem involves minimizing an upper bound for the error resulting from the truncation of the kernel expansion. Each multidimensional kernel is decomposed into a set of independent Kautz bases, in which every basis is parameterized by an individual pair of complex conjugate poles intended to represent the dominant dynamic of the kernel along a particular dimension. An analytical solution for one of the Kautz parameters, valid for Volterra models of any order, is derived. Other approach involves the numerical optimization of orthonormal bases of functions used for approximation of dynamic systems. This strategy is based on the computation of analytical expressions for the gradients of the output of the orthonormal filters with respect to the basis poles. These gradients provide exact search directions for optimizing the poles of a given orthonormal basis. Such search directions can, in turn, be used as part of an optimization procedure to locate the minimum of a cost-function that takes into consideration the error of estimation of the system output. The expressions relative to the Kautz basis and to the GOBF are addressed. The proposed methodology relies solely on input-output data measured from the system to be modeled, i.e., no previous information about the Volterra kernels is required. Simulation examples illustrate the application of this approach to the modeling of linear and nonlinear systems, including a real magnetic levitation system with oscillatory behavior. At last, the representation of uncertain systems based on models having structured uncertainty is studied. The uncertainty of a set of Volterra kernels is mapped on to intervals defining the coefficients of the orthonormal expansion. Additional conditions are proposed to guarantee that all the process kernels to be represented by the model, which allows estimating the uncertainty bounds Doutorado Automação Doutor em Engenharia Elétrica