Studio di un algoritmo di controllo di temperatura per ganasce termosigillanti in macchine per packaging

Gli obiettivi dell'elaborato sono lo studio e la programmazione di un algoritmo di controllo di temperatura per le superfici termosaldanti di macchine per il packaging (confezionatrici in film a file multiple) prodotte dal committente, OMAG srl. L'algoritmo è implementato tramite il software SoMachineMotion v.4.2, prodotto da Schneider Electrics spa. Il controllo è di tipo in anello chiuso in retroazione, con temocoppie e resistenze di riscaldamento con modulazione PWM. Ci si è inizialmente occupati di testare su banco prova varie tipologie di regolatori: a relay, a isteresi, a ricerca diretta del duty cycle, TBH, con approccio misto TBH/integratore di Clegg, PID. I diversi metodi di regolazione sono stati valutati sulla base di una serie di metri di giudizio (precisione dell'inseguimento, prestazioni statiche e dinamiche, flessibilità, peso computazionale, facilità implementativa), pesati secondo i requisiti imposti dal committente. Le metodologie selezionate sono state PID e TBH/Clegg integrator; quest'ultima ha dato risultati assai soddisfacenti, pur essendo un metodo monoparametrico. Si sono quindi studiate diverse modalità per la taratura del regolatore PID, in particolare: tuning in anello chiuso con metodo a relay per la fase di pretuning, algoritmo di Nelder-Mead, per la ricerca diretta continua dei valori che minimizzano l'errore integrale, per un selftuning adattivo. Si è infine proceduto ad implementare le soluzioni individuate in un software robusto, che rispetti gli standard del settore e si sono inoltre sviluppate una serie di funzionalità aggiuntive, quali: modulazione software PWM, preriscaldamento, handling errori/warning, filtraggio segnali in/out. Si è addizionalmente sviluppato un modello matematico predittivo dell'evoluzione del sistema, che potrebbe servire, in un futuro sviluppo, come base per un controllo model-based in cascata al controllo in retroazione studiato.

Sviluppo di un sistema integrato per rampe isocrone di temperatura

Lo scopo del presente lavoro è la realizzazione e l'ottimizzazione di un software che, tramite l'utilizzo di un controllo automatico Proporzionale-Integrativo-Derivativo: PID, gestisca la temperatura di un fornetto in camera a vuoto. È necessario che il sistema sia in grado di eseguire rampe regolari di temperatura di diversa pendenza scelta dall'utente, in modo che possa essere utilizzato in futuro per esperimenti di Desorbimento Termico da parte di vari materiali. La tesi è così suddivisa, nel primo capitolo sono illustrati i concetti teorici di base utilizzati nello sviluppo dei controlli automatici. Nel secondo capitolo è descritta la parte hardware: sono mostrate le diverse sezioni che compongono il fornetto e la camera a vuoto, è inoltre illustrato il cablaggio che permette l'interfaccia del forno alla scheda Arduino ed al software LabVIEW. La terza sezione è dedicata agli studi svolti per la realizzazione del sistema di controllo PID e per la sua ottimizzazione. Il quarto capitolo è invece dedicato alla descrizione del software creato per la gestione del fornetto. Nel quinto capitolo sono infine mostrati i metodi utilizzati per il calcolo delle costanti operative del PID ed i risultati sperimentali ottenuti.

Optimal Fuzzy PID Controller with Incomplete Derivation and Its Simulation Research on Application of Intelligent Artificial Legs

提出了一种新的最优模糊PID控制器，它由两部分组成，即在线模糊推理机构和带有不完全微分的常规PID控制器，在模糊推理机构中，引入了三个可调节因子xp,xi和xd，其作用是进一步修改和优化模糊推理的结果，以使控制器对一个给定对象具有最优的控制效果，可调节因子的最优值采用ITAE准则及Nelder和Mead提出的柔性多面体最优搜索算法加以确定，这种PID控制器被用来控制由作者设计的智能人工腿中的一个直流电机，仿真结果表明该控制器的设计是非常有效的，它可被用于控制各种不同的对象和过程。

Modellistica e determinazione della dinamica di un quadrotor UAV per fini di controllo

Nella tesi vengono proposte una modellazione di un quadrotor affetto da un campo vettoriale incognito aerodinamico e la sua identificazione basata su non linear geometric approach e su reti neurali a funzione di base radiale (RBF). Il non linear geometric approach viene utilizzato per il disaccoppiamento delle componenti incognite aerodinamiche mentre le modellazione RBF dei coefficienti permette di applicare un algoritmo ai minimi quadrati per l'identificazione del sistema. Infine viene implementato un simulatore in ambiente MATLAB Simulink per la validazione della metodologia. Le simulazioni effettuate dimostrano la bontà del metodo proposto.

la fabbrica automatica e i sistemi di controllo integrati

Lo scopo della presente tesi è quello di illustrare alcuni dei principali strumenti messi a disposizione dai controlli automatici a servizio dell’ingegneria, in particolare analizzando la struttura generale di una fabbrica automatica e descrivendone i principali sistemi di controllo. L’elaborato è suddiviso in tre macro parti: la prima ha l’obiettivo di inquadrare quella che è la fabbrica automatica, partendo dal precedente concetto di fabbrica tradizionale fino ad arrivare alla fabbrica moderna, caratterizzata da una spinta flessibilità produttiva determinata da una politica di produzione per lotti con elevati livelli di caratterizzazione. Della fabbrica automatica viene poi approfondita l’integrazione con i calcolatori attraverso il sistema concettuale del CIM, Computer Integrated Manufacturing, e l’impiego di celle di fabbricazione flessibili, ovvero le FMS, Flexible Manufacturing System. La seconda parte è incentrata sull’analisi delle logiche di controllo impiegate all’interno di tutto il processo di progettazione e di produzione, suddivise in tre gruppi: il primo focalizzato sui sistemi per la produzione automatica, NC e DNC; il secondo sui sistemi di simulazione e testing del prodotto, CAD, CAM e CAT; il terzo sui sistemi di controllo e sviluppo dati, SCADA, MES e DCS. La terza ed ultima parte è circoscritta all’approfondimento di un particolare sistema di controllo per la gestione dei processi, ovvero sull’uso del PLC, il Controllore Logico Programmabile. Vengono analizzate le componenti fisiche che lo costituiscono, il funzionamento base, i tempi di esecuzione delle istruzioni, i criteri di scelta e di dimensionamento ed altri aspetti rilevanti. Infine è presente un esempio applicativo di alcuni aspetti sovra citati con il caso dell’azienda bolognese G.D, leader del settore delle macchine automatiche a controllo numerico per la fabbricazione e l’impacchettamento delle sigarette.

Efficient gradient-free simplex method for estimation of optical properties in image-guided diffuse optical tomography

Typical image-guided diffuse optical tomographic image reconstruction procedures involve reduction of the number of optical parameters to be reconstructed equal to the number of distinct regions identified in the structural information provided by the traditional imaging modality. This makes the image reconstruction problem less ill-posed compared to traditional underdetermined cases. Still, the methods that are deployed in this case are same as those used for traditional diffuse optical image reconstruction, which involves a regularization term as well as computation of the Jacobian. A gradient-free Nelder-Mead simplex method is proposed here to perform the image reconstruction procedure and is shown to provide solutions that closely match ones obtained using established methods, even in highly noisy data. The proposed method also has the distinct advantage of being more efficient owing to being regularization free, involving only repeated forward calculations. (C) 2013 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE)

Triangle Evolution-A Hybrid Heuristic for Global Optimization

Abstract This paper presents a hybrid heuristic{triangle evolution (TE) for global optimization. It is a real coded evolutionary algorithm. As in di®erential evolution (DE), TE targets each individual in current population and attempts to replace it by a new better individual. However, the way of generating new individuals is di®erent. TE generates new individuals in a Nelder- Mead way, while the simplices used in TE is 1 or 2 dimensional. The proposed algorithm is very easy to use and e±cient for global optimization problems with continuous variables. Moreover, it requires only one (explicit) control parameter. Numerical results show that the new algorithm is comparable with DE for low dimensional problems but it outperforms DE for high dimensional problems.

基于CFD分析的弧形翼导弹气动外形优化

为探索将高精度CFD分析引入高超声速飞行器气动外形优化设计的可行性,以6°飞行攻角、6马赫飞行速度下的最大升阻比为目标,引入CFD分析计算气动性能,使用Nelder-Mead可变多面体搜索方法对高超声速弧形翼导弹进行了气动外形优化.计算结果表明,在满足弹翼安全性的条件下,优化外形比初始外形的升阻比有明显提高(约9.22%),同时阻力系数、弹翼展长和弹翼面积均有不同程度的降低.计算结果充分证明了优化设计的有效性和采用CFD分析的必要性.依据该文结果提出一种前掠弧形翼高超声速导弹气动布局方案.

ALES: a multi-mission adaptive sub-waveform retracker for coastal and open ocean altimetry

Satellite altimetry has revolutionized our understanding of ocean dynamics thanks to frequent sampling and global coverage. Nevertheless, coastal data have been flagged as unreliable due to land and calm water interference in the altimeter and radiometer footprint and uncertainty in the modelling of high-frequency tidal and atmospheric forcing. Our study addresses the first issue, i.e. altimeter footprint contamination, via retracking, presenting ALES, the Adaptive Leading Edge Subwaveform retracker. ALES is potentially applicable to all the pulse-limited altimetry missions and its aim is to retrack both open ocean and coastal data with the same accuracy using just one algorithm. ALES selects part of each returned echo and models it with a classic ”open ocean” Brown functional form, by means of least square estimation whose convergence is found through the Nelder-Mead nonlinear optimization technique. By avoiding echoes from bright targets along the trailing edge, it is capable of retrieving more coastal waveforms than the standard processing. By adapting the width of the estimation window according to the significant wave height, it aims at maintaining the accuracy of the standard processing in both the open ocean and the coastal strip. This innovative retracker is validated against tide gauges in the Adriatic Sea and in the Greater Agulhas System for three different missions: Envisat, Jason-1 and Jason-2. Considerations of noise and biases provide a further verification of the strategy. The results show that ALES is able to provide more reliable 20-Hz data for all three missions in areas where even 1-Hz averages are flagged as unreliable in standard products. Application of the ALES retracker led to roughly a half of the analysed tracks showing a marked improvement in correlation with the tide gauge records, with the rms difference being reduced by a factor of 1.5 for Jason-1 and Jason-2 and over 4 for Envisat in the Adriatic Sea (at the closest point to the tide gauge).

Alternative techniques for Raman amplification in telecommunications

O presente trabalho centra-se no estudo dos amplificadores de Raman em fibra ótica e suas aplicações em sistemas modernos de comunicações óticas. Abordaram-se tópicos específicos como a simulação espacial do amplificador de Raman, a equalização e alargamento do ganho, o uso de abordagens híbridas de amplificação através da associação de amplificadores de Raman em fibra ótica com amplificadores de fibra dopada com Érbio (EDFA) e os efeitos transitórios no ganho dos amplificadores. As actividades realizadas basearam-se em modelos teóricos, sendo os resultados validados experimentalmente. De entre as contribuições mais importantes desta tese, destaca-se (i) o desenvolvimento de um simulador eficiente para amplificadores de Raman que suporta arquitecturas de bombeamento contraprogantes e bidirecionais num contexto com multiplexagem no comprimento de onda (WDM); (ii) a implementação de um algoritmo de alocação de sinais de bombeamento usando a combinação do algoritmo genético com o método de Nelder- Mead; (iii) a apreciação de soluções de amplificação híbridas por associação dos amplificadores de Raman com EDFA em cenários de redes óticas passivas, nomeadamente WDM/TDM-PON com extensão a região espectral C+L; e (iv) a avaliação e caracterização de fenómenos transitórios em amplificadores para tráfego em rajadas/pacotes óticos e consequente desenvolvimento de soluções de mitigação baseadas em técnicas de clamping ótico.

Hybrid optimization schemes for quantum control

Optimal control theory is a powerful tool for solving control problems in quantum mechanics, ranging from the control of chemical reactions to the implementation of gates in a quantum computer. Gradient-based optimization methods are able to find high fidelity controls, but require considerable numerical effort and often yield highly complex solutions. We propose here to employ a two-stage optimization scheme to significantly speed up convergence and achieve simpler controls. The control is initially parametrized using only a few free parameters, such that optimization in this pruned search space can be performed with a simplex method. The result, considered now simply as an arbitrary function on a time grid, is the starting point for further optimization with a gradient-based method that can quickly converge to high fidelities. We illustrate the success of this hybrid technique by optimizing a geometric phase gate for two superconducting transmon qubits coupled with a shared transmission line resonator, showing that a combination of Nelder-Mead simplex and Krotov’s method yields considerably better results than either one of the two methods alone.

On the optical flow model selection through metaheuristics

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Diferentes métodos de aglutinação para melhoria de processos com múltiplas respostas

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Damage detection in beams by using artificial neural networks and dynamical parameters

In this paper is presented a multilayer perceptron neural network combined with the Nelder-Mead Simplex method to detect damage in multiple support beams. The input parameters are based on natural frequencies and modal flexibility. It was considered that only a number of modes were available and that only vertical degrees of freedom were measured. The reliability of the proposed methodology is assessed from the generation of random damages scenarios and the definition of three types of errors, which can be found during the damage identification process. Results show that the methodology can reliably determine the damage scenarios. However, its application to large beams may be limited by the high computational cost of training the neural network.

An ordinal logistic regression model with misclassification of the outcome variable and categorical covariate

Ordinal outcomes are frequently employed in diagnosis and clinical trials. Clinical trials of Alzheimer's disease (AD) treatments are a case in point using the status of mild, moderate or severe disease as outcome measures. As in many other outcome oriented studies, the disease status may be misclassified. This study estimates the extent of misclassification in an ordinal outcome such as disease status. Also, this study estimates the extent of misclassification of a predictor variable such as genotype status. An ordinal logistic regression model is commonly used to model the relationship between disease status, the effect of treatment, and other predictive factors. A simulation study was done. First, data based on a set of hypothetical parameters and hypothetical rates of misclassification was created. Next, the maximum likelihood method was employed to generate likelihood equations accounting for misclassification. The Nelder-Mead Simplex method was used to solve for the misclassification and model parameters. Finally, this method was applied to an AD dataset to detect the amount of misclassification present. The estimates of the ordinal regression model parameters were close to the hypothetical parameters. β1 was hypothesized at 0.50 and the mean estimate was 0.488, β2 was hypothesized at 0.04 and the mean of the estimates was 0.04. Although the estimates for the rates of misclassification of X1 were not as close as β1 and β2, they validate this method. X 1 0-1 misclassification was hypothesized as 2.98% and the mean of the simulated estimates was 1.54% and, in the best case, the misclassification of k from high to medium was hypothesized at 4.87% and had a sample mean of 3.62%. In the AD dataset, the estimate for the odds ratio of X 1 of having both copies of the APOE 4 allele changed from an estimate of 1.377 to an estimate 1.418, demonstrating that the estimates of the odds ratio changed when the analysis includes adjustment for misclassification. ^