Controle preditivo de sistemas mistos lógicos-dinâmicos

O comportamento dinâmico de um sistema é tradicionalmente descrito por um modelo, em geral associado a um conjunto de equações diferenciais ou de equações de diferenças, onde as variáveis representam grandezas físicas. Sistemas complexos, principalmente na indústria de processos, incorporam elementos com comportamento dinâmico lógico, tais como atuadores e sensores ON-OFF (estados aberto/fechado) ou proposições lógicas (estados verdadeiro/falso). Estes sistemas são denominados “Sistemas Híbridos”, “Sistemas Mistos Lógicos-dinâmicos” ou, simplesmente, “Sistemas Mistos”. Neste trabalho, são apresentadas técnicas que, associando variáveis lógicas a estes elementos, e mediante a incorporação de restrições sobre as variáveis, permitem obter um modelo matemático do sistema misto. Neste caso, técnicas clássicas de controle não permitem a incorporação destas novas variáves e restrições. Como opção de controle de sistemas mistos, é então proposta e estudada uma técnica de controle preditivo baseado em modelo. São apresentados tanto a formulação teórica do problema de controle, quanto exemplos e simulações bem como um estudo de caso de sua aplicação sobre um sistema de equalização de uma planta de tratamento de efluentes.

Framework orientado a objetos para projeto de hardware e software embarcados para sistemas tempo-real

A crescente complexidade dos sistemas tempo-real embarcados demanda novas metodologias e ferramentas para gerenciar os problemas de projeto, análise, integração e validação de sistemas complexos. Este trabalho aborda o tema co-projeto de sistemas tempo-real embarcados, propondo estratégias para a integração das fases iniciais de modelagem de um sistema tempo-real embarcado com as fases subseqüentes do projeto, como a implementação do software e do hardware. É proposto um framework orientado a objetos que permite a criação de modelos orientados a objetos de sistemas tempo-real embarcados, utilizando conceitos temporais similares aos propostos em UML-RT (ou mais especificamente no UML Profile for Schedulability, Performance and Time). É proposta uma estratégia de mapeamento dos requisitos temporais dos diagramas UMLRT para uma interface de programação (API) baseada na “Especificação Tempo-Real para Java” (Real-Time Specification for Java ou RTSJ), a qual pode ser executada tanto em software – em programas RTSJ executando em máquinas virtuais Java (JVM) tempo-real – ou em hardware – em processadores Java Tempo-Real. Para permitir o mapeamento para hardware são propostas extensões tempo-real ao processador Java FemtoJava, desenvolvido no âmbito de dissertações de mestrado e projetos de pesquisa no PPGC, criando-se um novo processador tempo-real denominado de RT-FemtoJava. Dentre as extensões propostas ao processador FemtoJava destaca-se a inclusão de um relógio de tempo-real e o suporte a instruções para alocação e manipulação de objetos. Os conceitos propostos foram validados no âmbito de estudos de caso, sendo os resultados obtidos descritos na presente dissertação.

A Influência da observabilidade e da visualização radial no projeto de sistemas de monitoramento de redes de computadores

Este trabalho apresenta um levantamento dos problemas associados à influência da observabilidade e da visualização radial no projeto de sistemas de monitoramento para redes de grande magnitude e complexidade. Além disso, se propõe a apresentar soluções para parte desses problemas. Através da utilização da Teoria de Redes Complexas, são abordadas duas questões: (i) a localização e a quantidade de nós necessários para garantir uma aquisição de dados capaz de representar o estado da rede de forma efetiva e (ii) a elaboração de um modelo de visualização das informações da rede capaz de ampliar a capacidade de inferência e de entendimento de suas propriedades. A tese estabelece limites teóricos a estas questões e apresenta um estudo sobre a complexidade do monitoramento eficaz, eficiente e escalável de redes

Não-extensividade em percolação por ligações de longo - alcance

A linear chain do not present phase transition at any finite temperature in a one dimensional system considering only first neighbors interaction. An example is the Ising ferromagnet in which his critical temperature lies at zero degree. Analogously, in percolation like disordered geometrical systems, the critical point is given by the critical probability equals to one. However, this situation can be drastically changed if we consider long-range bonds, replacing the probability distribution by a function like . In this kind of distribution the limit α → ∞ corresponds to the usual first neighbor bond case. In the other hand α = 0 corresponds to the well know "molecular field" situation. In this thesis we studied the behavior of Pc as a function of a to the bond percolation specially in d = 1. Our goal was to check a conjecture proposed by Tsallis in the context of his Generalized Statistics (a generalization to the Boltzmann-Gibbs statistics). By this conjecture, the scaling laws that depend with the size of the system N, vary in fact with the quantitie

Universaidade em sistemas da mecâniaestatística de não equilíbrio com estados absorventes e percolação geográfica

Complex systems have stimulated much interest in the scientific community in the last twenty years. Examples this area are the Domany-Kinzel cellular automaton and Contact Process that are studied in the first chapter this tesis. We determine the critical behavior of these systems using the spontaneous-search method and short-time dynamics (STD). Ours results confirm that the DKCA e CP belong to universality class of Directed Percolation. In the second chapter, we study the particle difusion in two models of stochastic sandpiles. We characterize the difusion through diffusion constant D, definite through in the relation h(x)2i = 2Dt. The results of our simulations, using finite size scalling and STD, show that the diffusion constant can be used to study critical properties. Both models belong to universality class of Conserved Directed Percolation. We also study that the mean-square particle displacement in time, and characterize its dependence on the initial configuration and particle density. In the third chapter, we introduce a computacional model, called Geographic Percolation, to study watersheds, fractals with aplications in various areas of science. In this model, sites of a network are assigned values between 0 and 1 following a given probability distribution, we order this values, keeping always its localization, and search pk site that percolate network. Once we find this site, we remove it from the network, and search for the next that has the network to percole newly. We repeat these steps until the complete occupation of the network. We study the model in 2 and 3 dimension, and compare the bidimensional case with networks form at start real data (Alps e Himalayas)

Dinâmica não linear de sistemas de levitação magnética

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Uma arquitetura multiagente para sistemas de supervisão e controle de processos

Pós-graduação em Ciência da Computação - IBILCE

Otimização não linear aplicada à operação de sistemas com múltiplos reservatórios para abastecimento de água.

O presente estudo considera a aplicação do modelo SISAGUA de simulação matemática e de otimização para a operação de sistemas de reservatórios integrados em sistemas complexos para o abastecimento de água. O SISAGUA utiliza a programação não linear inteira mista (PNLIM) com os objetivos de evitar ou minimizar racionamentos, equilibrar a distribuição dos armazenamentos em sistemas com múltiplos reservatórios e minimizar os custos de operação. A metodologia de otimização foi aplicada para o sistema produtor de água da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), que enfrenta a crise hídrica diante de um cenário de estiagem em 2013-2015, o pior na série histórica dos últimos 85 anos. Trata-se de uma região com 20,4 milhões de habitantes. O sistema é formado por oito sistemas produtores parcialmente integrados e operados pela Sabesp (Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo). A RMSP é uma região com alta densidade demográfica, localizada na Bacia Hidrográfica do Alto Tietê e caracterizada pela baixa disponibilidade hídrica per capita. Foi abordada a possibilidade de considerar a evaporação durante as simulações, e a aplicação de uma regra de racionamento contínua nos reservatórios, que transforma a formulação do problema em programação não linear (PNL). A evaporação se mostrou pouco representativa em relação a vazão de atendimento à demanda, com cerca de 1% da vazão. Se por um lado uma vazão desta magnitude pode contribuir em um cenário crítico, por outro essa ordem de grandeza pode ser comparada às incertezas de medições ou previsões de afluências. O teste de sensibilidade das diferentes taxas de racionamento em função do volume armazenado permite analisar o tempo de resposta de cada sistema. A variação do tempo de recuperação, porém, não se mostrou muito significativo.

A emergência da competência oral como sistema dinâmico, adaptativo e complexo no ensino-aprendizagem de inglês como língua adicional para iniciantes

No âmbito do ensino-aprendizagem de línguas adicionais, pesquisas acerca do desenvolvimento da oralidade têm demonstrado que se trata de um fenômeno multidimensional. Nakatani (2010) mostrou que o domínio de estratégias comunicacionais são indicadores de desempenho linguístico e se relacionam com a proficiência do aprendiz; Kang, Rubin e Pickering (2010) observaram que os traços fonológicos afetam a percepção sobre inteligibilidade e proficiência; Hewitt e Stephenson (2011), e Ahmadian (2012) indicaram que as condições psicológicas individuais interferem na qualidade da produção oral. Escribano (2004) sugeriu que a referência contextual é essencial na construção de sentido; Gao (2011) apontou os benefícios do ensino baseado na construção do sentido, a partir de metáforas conceptuais (LAKOFF e JOHNSON, 1980), codificação dupla (CLARK e PAIVIO, 1991) e esquemas imagéticos (LAKOFF, 1987); e Ellis e Ferreira-Junior (2009) demonstraram que as construções exibem efeitos de recência e priming, afetando o uso da linguagem dos parceiros interacionais. Tais estudos apontam para a natureza complexa da aquisição de L2, mas o fazem dentro do paradigma experimental da psicolinguística. Já Larsen-Freeman (2006), demonstra que a fluência, a precisão e a complexidade desenvolvem-se com o tempo, com alto grau de variabilidade, dentro do paradigma da Teoria da Complexidade. Em viés semelhante, Paiva (2011) observa que os sistemas de Aquisição de Segunda Língua (ASL) são auto-organizáveis. Esses trabalhos, no entanto, não abordaram aprendizes de L2 com proficiência inicial, como pretendo fazer aqui. Tendo como referenciais teóricos a Teoria da Complexidade e a Linguística Cognitiva, o presente trabalho apresenta um estudo de caso, qualitativo-interpretativista, com nuances quantitativos, que discute os processos de adaptação que emergiram na expressão oral de um grupo de aprendizes iniciantes de inglês como língua adicional no contexto vocacional. Parte do entendimento de que na sala de aula vários (sub)sistemas complexos coocorrem, covariando e coadaptando-se em diferentes níveis. A investigação contou com dados transcritos de três avaliações coletados ao longo de 28 horas de aula, no domínio ENTREVISTA DE EMPREGO. Após observar a produção oral das aprendizes, criei uma taxonomia para categorizar as adaptações que ocorreram na sintaxe, semântica, fonologia e pragmática da língua-alvo. Posteriormente organizei as categorias em níveis de prototipicidade (ROSCH et al, 1976) de acordo com as adaptações mais frequentes. Finalmente, avaliei a inteligibilidade de cada elocução, classificando-as em três níveis. A partir desses dados, descrevi como a prática oral dessas participantes emergiu e se desenvolveu ao longo das 28 horas. Os achados comprovam uma das premissas da Linguística Cognitiva ao mostrarem que os níveis de descrição linguística funcionam conjuntamente em prol do sucesso comunicacional. Além disso, demonstram que a função do professor, como discutem LARSEN-FREEMAN e CAMERON (2008), não é gerar uniformidade, mas sim oportunizar vivências que estabeleçam continuidade entre o mundo, o corpo e a mente

Autenticacão de Assinaturas Online: Estudo dos Parâmetros do Dynamic Time Warping e da Representação da Assinatura

O reconhecimento de padões é uma área da inteligência computacional que apoia a resolução de problemas utilizando ferramentas computacionais. Dentre esses problemas podem ser citados o reconhecimento de faces, a identificação de impressões digitais e a autenticação de assinaturas. A autenticação de assinaturas de forma automática tem sua relevância pois está ligada ao reconhecimento de indivíduos e suas credenciais em sistemas complexos e a questões financeiras. Neste trabalho é apresentado um estudo dos parâmetros do Dynamic Time Warping, um algoritmo utilizado para alinhar duas assinaturas e medir a similaridade existente entre elas. Variando-se os principais parâmetros desse algoritmo, sobre uma faixa ampla de valores, foram obtidas as médias dos resultados de erros na classificação, e assim, estas médias foram avaliadas. Com base nas primeiras avaliação, foi identificada a necessidade de se calcular um desses parâmetros de forma dinâmica, o gap cost, a fim de ajustá-lo no uso de uma aplicação prática. Uma proposta para a realização deste cálculo é apresentada e também avaliada. É também proposta e avaliada uma maneira alternativa de representação dos atributos da assinatura, de forma a considerar sua curvatura em cada ponto adquirido no processo de aquisição, utilizando os vetores normais como forma de representação. As avaliações realizadas durante as diversas etapas do estudo consideraram o Equal Error Rate (EER) como indicação de qualidade e as técnicas propostas foram comparadas com técnicas já estabelecidas, obtendo uma média percentual de EER de 3,47%.

A emergência da banda de rock Forfun: um estudo sobre estratégias comunicacionais, complexidade, tecnologia e redes

O advento das tecnologias digitais permitiu alterações significativas na maneira de produzir, divulgar e consumir música. As grandes gravadoras deixaram de ser os principais agentes articuladores da indústria da música, que está cada vez mais organizada em rede. A produção musical cresce de forma exponencial e está atomizada e espalhada por uma miríade de artistas de todos os níveis. Entretanto, só alguns se destacam em meio a essa galáxia de produtores de conteúdo e conseguem atingir algum grau de sustentabilidade. Estes são aqueles que conhecem as regras de funcionamento dessa rede, ainda que não saibam explicitá-las. O objetivo do presente trabalho é contribuir para a construção do enunciado dessas regras. Para tanto, consultou-se literatura sobre música e comunicação produzida por pesquisadores ligados aos Estudos Culturais, na qual se pôde identificar o grande número de variáveis envolvidas na questão, e por isso buscou-se uma articulação com a noção de sistemas complexos. Em função do tipo de objeto e da abordagem propostos, foi realizado um estudo de caso sobre a banda de rock Forfun, que possibilitou, a partir da comparação com outros casos de sustentabilidade, identificar linhas gerais de conduta e oportunidade que acabam por revelar certas regras

Networked tourism: from world destinations to inter-organizations

Na última década, a referência ao conceito de redes cresceu rapidamente entre a literatura sobre turismo, geralmente aplicado a tópicos como as interorganizações, estrutura de multi-destinos, espaços de Turismo online, entre outros. O conceito de rede difundiu-se na natureza e na sociedade, em áreas que vão desde a Biologia à Medicina, ou da Economia à Gestão, e o conhecimento sobre redes tem vindo a impulsionar uma teoria comum para facilitar a compreensão de diferentes sistemas complexos e a representação das ligações entre organizações, acções, bens, proteínas ou pessoas. A tese teve como propósito o encontro de um eixo comum entre dois campos férteis de investigação através de uma revisão teórica sistemática. A investigação sobre redes complexas é um campo recente na Física que tem vindo a desenvolver-se bastante na última década com fortes aplicações interdisciplinares. Por outro lado, a análise de redes sociais é uma área de investigação activa em Sociologia e Economia há bastante tempo. O estudo das implicações das redes complexas para a ciência das redes de turismo é uma área promissora já com resultados fascinantes. A tese tem três resultados principais. Primeiro, traz conhecimento das ricas áreas de conhecimento sobre redes complexas e redes sociais. Em segundo lugar, apresenta modelos evolutivos que melhor se adaptam às chegadas turísticas internacionais. Como se organizam as redes sociais? Como é que os indivíduos escolhem os seus destinos de viagem? Estes são exemplos de questões que serão abordadas na tese. Em terceiro lugar, discute resultados que fazem notar comportamentos comuns entre redes em turismo e outras redes reais. O que é comum a todas as redes na natureza? Adicionalmente, os padrões encontrados entre os destinos turísticos mostram um comportamento não social, com destinos mais característicos de redes económicas e sistemas tecnológicos que questionam a faceta social do sector do turismo. Por acréscimo, a rede de transportes aéreos e a rede de turismo mostram diferenças consideráveis que se podem dever a razões políticas ou outras que provavelmente explicam o aumento da utilização de voos charters.

Developments of the cellular frustration approach to anomaly detection

Neste trabalho é desenvolvido um método de detecção de anomalias, baseado no mecanismo da frustração celular. Este método é capaz de detectar com grande precisão desvios de um comportamento característico de um sistema complexo. Estes desvios podem ser devidos a intrusões ou a anomalias no seu funcionamento. O método propõe ainda uma compreensão alternativa de diversos fenómenos observados em Imunologia.

Simulação de colunas de destilação de elevada eficiência energética

A destilação é o principal processo de separação usado nas indústrias químicas para separação de misturas líquidas, e apesar de ser um processo muito intensivo energeticamente continua hoje em dia a ser o processo de separação preferencial. O largo impacto dos processos de destilação nos custos de investimento e operação tem impulsionado o desenvolvimento de sistemas complexos de destilação, cuja principal finalidade consiste na otimização energética do processo de separação. No âmbito do estudo da utilização de colunas de elevada eficiência energética para separações multicomponente através da simulação de processos, o presente trabalho foca-se na compreensão, análise e avaliação da Coluna de Petlyuk, sistema de colunas com acoplamento térmico integral (FTCDC), inicialmente introduzida na década de 1940, com um reportado potencial para poupanças energéticas até cerca de 30% relativamente ao sistema tradicional. Para a simulação dos sistemas em estudo foi usado o software de simulação de processos HYSYS, cuja aplicação é desenvolvida e analisada no decurso deste trabalho, o qual é dividido em três partes principais: implementação dos processos em HYSYS para simulação rigorosa em modo de estado estacionário, otimização e simulação dinâmica e controlo. A primeira parte diz respeito ao design dos sistemas e âmbito de aplicação do HYSYS nesta etapa. Através do estudo da separação de mistura ternária equimolar de isómeros de butanol, é apresentado um procedimento de implementação do sistema FTCDC e avaliados os resultados de simulação rigorosa fazendo a sua comparação com os resultados obtidos para o sistema tradicional. A segunda parte é dedicada à otimização de ambos os sistemas, FTCDC e tradicional, cujos estudos se baseiam na simulação em estado estacionário. O elevado número de variáveis de design do sistema FTCDC pode conduzir a tedioso e moroso trabalho de simulação. Neste trabalho são aplicadas metodologias de desenho de experiências na otimização do sistema FTCDC, as quais permitiram uma significativa redução o número de simulações a executar, sendo o procedimento de otimização, baseado no procedimento de desenhos de experiências, desenvolvido ao longo desta parte. Os resultados de otimização de ambos os sistemas são avaliados e comparados. A última parte deste trabalho debruça-se sobre o tema da operabilidade dos sistemas, avaliada através da simulação dinâmica dos mesmos e avaliação da estrutura de controlo implementada. A simulação dinâmica de processos, baseada em modelos dinâmicos, permite melhorar o seu design, otimização e operação, cujos resultados traduzirão de uma forma mais realística o desempenho do processo desenhado, uma vez que estes nunca se encontram num verdadeiro estado estacionário. Nesta parte é apresentado o procedimento de implementação da simulação dinâmica de ambos os sistemas, no qual se inclui a definição da configuração de controlo para cada um destes. Através dos resultados de simulação dinâmica de ambos os sistemas é avaliado o seu design e respetiva estrutura de controlo.