Interpolação de dados de campo potencial através da camada equivalente

O uso da técnica da camada equivalente na interpolação de dados de campo potencial permite levar em consideração que a anomalia, gravimétrica ou magnética, a ser interpolada é uma função harmônica. Entretanto, esta técnica tem aplicação computacional restrita aos levantamentos com pequeno número de dados, uma vez que ela exige a solução de um problema de mínimos quadrados com ordem igual a este número. Para viabilizar a aplicação da técnica da camada equivalente aos levantamentos com grande número de dados, nós desenvolvemos o conceito de observações equivalentes e o método EGTG, que, respectivamente, diminui a demanda em memória do computador e otimiza as avaliações dos produtos internos inerentes à solução dos problemas de mínimos quadrados. Basicamente, o conceito de observações equivalentes consiste em selecionar algumas observações, entre todas as observações originais, tais que o ajuste por mínimos quadrados, que ajusta as observações selecionadas, ajusta automaticamente (dentro de um critério de tolerância pré-estabelecido) todas as demais que não foram escolhidas. As observações selecionadas são denominadas observações equivalentes e as restantes são denominadas observações redundantes. Isto corresponde a partir o sistema linear original em dois sistemas lineares com ordens menores. O primeiro com apenas as observações equivalentes e o segundo apenas com as observações redundantes, de tal forma que a solução de mínimos quadrados, obtida a partir do primeiro sistema linear, é também a solução do segundo sistema. Este procedimento possibilita ajustar todos os dados amostrados usando apenas as observações equivalentes (e não todas as observações originais) o que reduz a quantidade de operações e a utilização de memória pelo computador. O método EGTG consiste, primeiramente, em identificar o produto interno como sendo uma integração discreta de uma integral analítica conhecida e, em seguida, em substituir a integração discreta pela avaliação do resultado da integral analítica. Este método deve ser aplicado quando a avaliação da integral analítica exigir menor quantidade de cálculos do que a exigida para computar a avaliação da integral discreta. Para determinar as observações equivalentes, nós desenvolvemos dois algoritmos iterativos denominados DOE e DOEg. O primeiro algoritmo identifica as observações equivalentes do sistema linear como um todo, enquanto que o segundo as identifica em subsistemas disjuntos do sistema linear original. Cada iteração do algoritmo DOEg consiste de uma aplicação do algoritmo DOE em uma partição do sistema linear original. Na interpolação, o algoritmo DOE fornece uma superfície interpoladora que ajusta todos os dados permitindo a interpolação na forma global. O algoritmo DOEg, por outro lado, otimiza a interpolação na forma local uma vez que ele emprega somente as observações equivalentes, em contraste com os algoritmos existentes para a interpolação local que empregam todas as observações. Os métodos de interpolação utilizando a técnica da camada equivalente e o método da mínima curvatura foram comparados quanto às suas capacidades de recuperar os valores verdadeiros da anomalia durante o processo de interpolação. Os testes utilizaram dados sintéticos (produzidos por modelos de fontes prismáticas) a partir dos quais os valores interpolados sobre a malha regular foram obtidos. Estes valores interpolados foram comparados com os valores teóricos, calculados a partir do modelo de fontes sobre a mesma malha, permitindo avaliar a eficiência do método de interpolação em recuperar os verdadeiros valores da anomalia. Em todos os testes realizados o método da camada equivalente recuperou mais fielmente o valor verdadeiro da anomalia do que o método da mínima curvatura. Particularmente em situações de sub-amostragem, o método da mínima curvatura se mostrou incapaz de recuperar o valor verdadeiro da anomalia nos lugares em que ela apresentou curvaturas mais pronunciadas. Para dados adquiridos em níveis diferentes o método da mínima curvatura apresentou o seu pior desempenho, ao contrário do método da camada equivalente que realizou, simultaneamente, a interpolação e o nivelamento. Utilizando o algoritmo DOE foi possível aplicar a técnica da camada equivalente na interpolação (na forma global) dos 3137 dados de anomalia ar-livre de parte do levantamento marinho Equant-2 e 4941 dados de anomalia magnética de campo total de parte do levantamento aeromagnético Carauari-Norte. Os números de observações equivalentes identificados em cada caso foram, respectivamente, iguais a 294 e 299. Utilizando o algoritmo DOEg nós otimizamos a interpolação (na forma local) da totalidade dos dados de ambos os levantamentos citados. Todas as interpolações realizadas não seriam possíveis sem a aplicação do conceito de observações equivalentes. A proporção entre o tempo de CPU (rodando os programas no mesmo espaço de memória) gasto pelo método da mínima curvatura e pela camada equivalente (interpolação global) foi de 1:31. Esta razão para a interpolação local foi praticamente de 1:1.

Detecção do contato entre camadas através do perfil de indução

Dois dos principais objetivos da interpretação petrofísica de perfis são a determinação dos limites entre as camadas geológicas e o contato entre fluidos. Para isto, o perfil de indução possui algumas importantes propriedades: É sensível ao tipo de fluido e a distribuição do mesmo no espaço poroso; e o seu registro pode ser modelado com precisão satisfatória como sendo uma convolução entre a condutividade da formação e a função resposta da ferramenta. A primeira propriedade assegura uma boa caracterização dos reservatórios e, ao mesmo tempo, evidencia os contatos entre fluidos, o que permite um zoneamento básico do perfil de poço. A segunda propriedade decorre da relação quasi-linear entre o perfil de indução e a condutividade da formação, o que torna possível o uso da teoria dos sistemas lineares e, particularmente, o desenho de filtros digitais adaptados à deconvolução do sinal original. A idéia neste trabalho é produzir um algoritmo capaz de identificar os contatos entre as camadas atravessadas pelo poço, a partir da condutividade aparente lida pelo perfil de indução. Para simplificar o problema, o modelo de formação assume uma distribuição plano-paralela de camadas homogêneas. Este modelo corresponde a um perfil retangular para condutividade da formação. Usando o perfil de entrada digitalizado, os pontos de inflexão são obtidos numericamente a partir dos extremos da primeira derivada. Isto gera uma primeira aproximação do perfil real da formação. Este perfil estimado é então convolvido com a função resposta da ferramenta gerando um perfil de condutividade aparente. Uma função custo de mínimos quadrados condicionada é definida em termos da diferença entre a condutividade aparente medida e a estimada. A minimização da função custo fornece a condutividade das camadas. O problema de otimização para encontrar o melhor perfil retangular para os dados de indução é linear nas amplitudes (condutividades das camadas), mas uma estimativa não linear para os contatos entre as camadas. Neste caso as amplitudes são estimadas de forma linear pelos mínimos quadrados mantendo-se fixos os contatos. Em um segundo passo mantem-se fixas as amplitudes e são calculadas pequenas mudanças nos limites entre as camadas usando uma aproximação linearizada. Este processo é interativo obtendo sucessivos refinamentos até que um critério de convergência seja satisfeito. O algoritmo é aplicado em dados sintéticos e reais demonstrando a robustez do método.

Análise de geradores piezelétricos acoplados com circuitos retificadores operando em regime caótico

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Otimizando vibrações sísmicas em estruturas através de controles híbridos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Identificação de funções de transferência de ordem fracionária utilizando como entrada um degrau

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Projeto de controlador gain scheduling usando realimentação derivativa via LMI

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Uma abordagem evolutiva para o problema de custo médio a longo prazo com saltos não-observados

Neste artigo propomos uma adaptação de um algoritmo baseado na evolução biológica para a obtenção do controle ótimo do problema do custo médio a longo prazo para sistemas lineares com saltos markovianos. Não há na literatura um método que forneça, comprovadamente, o controle ótimo do problema, nem estudos comparativos de diferentes métodos. O algoritmo empregado diferencia-se dos algoritmos genéticos básicos por substituir os operadores evolutivos por um sorteio de acordo com uma distribuição probabilística. Comparamos o algoritmo proposto com um método bastante utilizado para esta classe de problema, levando em consideração a relação entre os custos obtidos, o tempo de CPU e a quantidade de problemas em que o critério de parada estabelecido foi atingido.

Matrix-vector multiplication and triangular linear solver using GPGPU for symmetric positive definite matrices derived from elliptic equations

The modern GPUs are well suited for intensive computational tasks and massive parallel computation. Sparse matrix multiplication and linear triangular solver are the most important and heavily used kernels in scientific computation, and several challenges in developing a high performance kernel with the two modules is investigated. The main interest it to solve linear systems derived from the elliptic equations with triangular elements. The resulting linear system has a symmetric positive definite matrix. The sparse matrix is stored in the compressed sparse row (CSR) format. It is proposed a CUDA algorithm to execute the matrix vector multiplication using directly the CSR format. A dependence tree algorithm is used to determine which variables the linear triangular solver can determine in parallel. To increase the number of the parallel threads, a coloring graph algorithm is implemented to reorder the mesh numbering in a pre-processing phase. The proposed method is compared with parallel and serial available libraries. The results show that the proposed method improves the computation cost of the matrix vector multiplication. The pre-processing associated with the triangular solver needs to be executed just once in the proposed method. The conjugate gradient method was implemented and showed similar convergence rate for all the compared methods. The proposed method showed significant smaller execution time.

Calidad editorial y calidad científica en los parámetros para inclusión de revistas científicas en bases de datos en Acceso Abierto y comerciales

Se analizan los parámetros de evaluación utilizados por RedALyC, Catálogo Latindex, SciELO, Scopus y Web of Science para incorporar revistas científicas en sus colecciones, a fin de demostrar su relación con los objetivos perseguidos por cada base y debatir acerca de la valoración que la comunidad científica está otorgándoles a estos sistemas como determinantes de "calidad científica". Los indicadores utilizados se clasifican en: 1) Calidad editorial (aspectos formales o gestión editorial); 2) Calidad de contenido (revisión por pares u originalidad) y 3) Visibilidad (prestigio de editores y editorial, endogamia, uso e impacto, accesibilidad o indización). Se revela que: a) entre un 9 y un 16 se relacionan con la calidad de contenido; b) falta especificidad en sus definiciones y en la determinación de sus pesos específicos en los sistemas, y c) coinciden con los objetivos de cada base, aunque se observa una marcada tendencia hacia los relacionados con aspectos formales y visibilidad. Se deja así en evidencia que estos sistemas persiguen sus propios objetivos y que conforman núcleo de revistas de "calidad" para su público lector. Se concluye, en consecuencia, que la presencia o ausencia de una revista en estas colecciones, no es parámetro suficiente para determinar la calidad de las revistas científicas ni de sus contenidos.

Calidad editorial y calidad científica en los parámetros para inclusión de revistas científicas en bases de datos en Acceso Abierto y comerciales

Se analizan los parámetros de evaluación utilizados por RedALyC, Catálogo Latindex, SciELO, Scopus y Web of Science para incorporar revistas científicas en sus colecciones, a fin de demostrar su relación con los objetivos perseguidos por cada base y debatir acerca de la valoración que la comunidad científica está otorgándoles a estos sistemas como determinantes de "calidad científica". Los indicadores utilizados se clasifican en: 1) Calidad editorial (aspectos formales o gestión editorial); 2) Calidad de contenido (revisión por pares u originalidad) y 3) Visibilidad (prestigio de editores y editorial, endogamia, uso e impacto, accesibilidad o indización). Se revela que: a) entre un 9 y un 16 se relacionan con la calidad de contenido; b) falta especificidad en sus definiciones y en la determinación de sus pesos específicos en los sistemas, y c) coinciden con los objetivos de cada base, aunque se observa una marcada tendencia hacia los relacionados con aspectos formales y visibilidad. Se deja así en evidencia que estos sistemas persiguen sus propios objetivos y que conforman núcleo de revistas de "calidad" para su público lector. Se concluye, en consecuencia, que la presencia o ausencia de una revista en estas colecciones, no es parámetro suficiente para determinar la calidad de las revistas científicas ni de sus contenidos.

Calidad editorial y calidad científica en los parámetros para inclusión de revistas científicas en bases de datos en Acceso Abierto y comerciales

Se analizan los parámetros de evaluación utilizados por RedALyC, Catálogo Latindex, SciELO, Scopus y Web of Science para incorporar revistas científicas en sus colecciones, a fin de demostrar su relación con los objetivos perseguidos por cada base y debatir acerca de la valoración que la comunidad científica está otorgándoles a estos sistemas como determinantes de "calidad científica". Los indicadores utilizados se clasifican en: 1) Calidad editorial (aspectos formales o gestión editorial); 2) Calidad de contenido (revisión por pares u originalidad) y 3) Visibilidad (prestigio de editores y editorial, endogamia, uso e impacto, accesibilidad o indización). Se revela que: a) entre un 9 y un 16 se relacionan con la calidad de contenido; b) falta especificidad en sus definiciones y en la determinación de sus pesos específicos en los sistemas, y c) coinciden con los objetivos de cada base, aunque se observa una marcada tendencia hacia los relacionados con aspectos formales y visibilidad. Se deja así en evidencia que estos sistemas persiguen sus propios objetivos y que conforman núcleo de revistas de "calidad" para su público lector. Se concluye, en consecuencia, que la presencia o ausencia de una revista en estas colecciones, no es parámetro suficiente para determinar la calidad de las revistas científicas ni de sus contenidos.

Calidad editorial y calidad científica en los parámetros para inclusión de revistas científicas en bases de datos en Acceso Abierto y comerciales

Se analizan los parámetros de evaluación utilizados por RedALyC, Catálogo Latindex, SciELO, Scopus y Web of Science para incorporar revistas científicas en sus colecciones, a fin de demostrar su relación con los objetivos perseguidos por cada base y debatir acerca de la valoración que la comunidad científica está otorgándoles a estos sistemas como determinantes de "calidad científica". Los indicadores utilizados se clasifican en: 1) Calidad editorial (aspectos formales o gestión editorial); 2) Calidad de contenido (revisión por pares u originalidad) y 3) Visibilidad (prestigio de editores y editorial, endogamia, uso e impacto, accesibilidad o indización). Se revela que: a) entre un 9 y un 16 se relacionan con la calidad de contenido; b) falta especificidad en sus definiciones y en la determinación de sus pesos específicos en los sistemas, y c) coinciden con los objetivos de cada base, aunque se observa una marcada tendencia hacia los relacionados con aspectos formales y visibilidad. Se deja así en evidencia que estos sistemas persiguen sus propios objetivos y que conforman núcleo de revistas de "calidad" para su público lector. Se concluye, en consecuencia, que la presencia o ausencia de una revista en estas colecciones, no es parámetro suficiente para determinar la calidad de las revistas científicas ni de sus contenidos.

Método multigrid algébrico: reutilização das estruturas multigrid no transporte de contaminantes

A necessidade de obter solução de grandes sistemas lineares resultantes de processos de discretização de equações diferenciais parciais provenientes da modelagem de diferentes fenômenos físicos conduz à busca de técnicas numéricas escaláveis. Métodos multigrid são classificados como algoritmos escaláveis.Um estimador de erros deve estar associado à solução numérica do problema discreto de modo a propiciar a adequada avaliação da solução obtida pelo processo de aproximação. Nesse contexto, a presente tese caracteriza-se pela proposta de reutilização das estruturas matriciais hierárquicas de operadores de transferência e restrição dos métodos multigrid algébricos para acelerar o tempo de solução dos sistemas lineares associados à equação do transporte de contaminantes em meio poroso saturado. Adicionalmente, caracteriza-se pela implementação das estimativas residuais para os problemas que envolvem dados constantes ou não constantes, os regimes de pequena ou grande advecção e pela proposta de utilização das estimativas residuais associadas ao termo de fonte e à condição inicial para construir procedimentos adaptativos para os dados do problema. O desenvolvimento dos códigos do método de elementos finitos, do estimador residual e dos procedimentos adaptativos foram baseados no projeto FEniCS, utilizando a linguagem de programação PYTHONR e desenvolvidos na plataforma Eclipse. A implementação dos métodos multigrid algébricos com reutilização considera a biblioteca PyAMG. Baseado na reutilização das estruturas hierárquicas, os métodos multigrid com reutilização com parâmetro fixo e automática são propostos, e esses conceitos são estendidos para os métodos iterativos não-estacionários tais como GMRES e BICGSTAB. Os resultados numéricos mostraram que o estimador residual captura o comportamento do erro real da solução numérica, e fornece algoritmos adaptativos para os dados cuja malha retornada produz uma solução numérica similar à uma malha uniforme com mais elementos. Adicionalmente, os métodos com reutilização são mais rápidos que os métodos que não empregam o processo de reutilização de estruturas. Além disso, a eficiência dos métodos com reutilização também pode ser observada na solução do problema auxiliar, o qual é necessário para obtenção das estimativas residuais para o regime de grande advecção. Esses resultados englobam tanto os métodos multigrid algébricos do tipo SA quanto os métodos pré-condicionados por métodos multigrid algébrico SA, e envolvem o transporte de contaminantes em regime de pequena e grande advecção, malhas estruturadas e não estruturadas, problemas bidimensionais, problemas tridimensionais e domínios com diferentes escalas.

Controle robusto com realimentação derivativa de sistemas não lineares via LMI

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares

A geração de trajectórias de robôs em tempo real é uma tarefa muito complexa, não existindo ainda um algoritmo que a permita resolver de forma eficaz. De facto, há controladores eficientes para trajectórias previamente definidas, todavia, a adaptação a variações imprevisíveis, como sendo terrenos irregulares ou obstáculos, constitui ainda um problema em aberto na geração de trajectórias em tempo real de robôs. Neste trabalho apresentam-se modelos de geradores centrais de padrões de locomoção (CPGs), inspirados na biologia, que geram os ritmos locomotores num robô quadrúpede. Os CPGs são modelados matematicamente por sistemas acoplados de células (ou neurónios), sendo a dinâmica de cada célula dada por um sistema de equações diferenciais ordinárias não lineares. Assume-se que as trajectórias dos robôs são constituídas por esta parte rítmica e por uma parte discreta. A parte discreta pode ser embebida na parte rítmica, (a.1) como um offset ou (a.2) adicionada às expressões rítmicas, ou (b) pode ser calculada independentemente e adicionada exactamente antes do envio dos sinais para as articulações do robô. A parte discreta permite inserir no passo locomotor uma perturbação, que poderá estar associada à locomoção em terrenos irregulares ou à existência de obstáculos na trajectória do robô. Para se proceder á análise do sistema com parte discreta, será variado o parâmetro g. O parâmetro g, presente nas equações da parte discreta, representa o offset do sinal após a inclusão da parte discreta. Revê-se a teoria de bifurcação e simetria que permite a classificação das soluções periódicas produzidas pelos modelos de CPGs com passos locomotores quadrúpedes. Nas simulações numéricas, usam-se as equações de Morris-Lecar e o oscilador de Hopf como modelos da dinâmica interna de cada célula para a parte rítmica. A parte discreta é modelada por um sistema inspirado no modelo VITE. Medem-se a amplitude e a frequência de dois passos locomotores para variação do parâmetro g, no intervalo [-5;5]. Consideram-se duas formas distintas de incluir a parte discreta na parte rítmica: (a) como um (a.1) offset ou (a.2) somada nas expressões que modelam a parte rítmica, e (b) somada ao sinal da parte rítmica antes de ser enviado às articulações do robô. No caso (a.1), considerando o oscilador de Hopf como dinâmica interna das células, verifica-se que a amplitude e frequência se mantêm constantes para -50.2. A extensão do movimento varia de forma directamente proporcional à amplitude. No caso das equações de Morris-Lecar, quando a componente discreta é embebida (a.2), a amplitude e a frequência aumentam e depois diminuem para - 0.170.5 Pode concluir-se que: (1) a melhor forma de inserção da parte discreta que menos perturbação insere no robô é a inserção como offset; (2) a inserção da parte discreta parece ser independente do sistema de equações diferenciais ordinárias que modelam a dinâmica interna de cada célula. Como trabalho futuro, é importante prosseguir o estudo das diferentes formas de inserção da parte discreta na parte rítmica do movimento, para que se possa gerar uma locomoção quadrúpede, robusta, flexível, com objectivos, em terrenos irregulares, modelada por correcções discretas aos padrões rítmicos.