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Sustainable Human Resource Management
The concept of sustainability is important for companies both in the case of SMEs and worldwide multinational companies. Some key factors to help a company achieve its sustainability objectives are based on human resource management. Sustainable human resource management is a typical cross-functional task that becomes increasingly important at the strategic level of a company. Industry 4.0 technologies, Internet of Things, and competitive demands, as signs of globalization, have led to significant changes across the organizational structures and human resource strategies of companies. The increasing importance of sophisticated human resource strategies in the life of companies and the intention to find optimal design and operation strategies for sustainable human resource management were a motivation for launching this book. This book offers a selection of papers which explain the impact of smart human resource management on economy. Authors from 14 countries published working examples and case studies resulting from their research in this field. The aim of this book is to help students at the level of BSc, MSc, and PhD level, as well as managers and researchers, to understand and appreciate the concept, design, and implementation of sustainable human resource management solutions
Arquiteturas de hardware para aceleração de algoritmos de controle preditivo não-linear
Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.O Controle Preditivo Baseado em Modelos (MPC) é uma técnica avançada de controle que vem
ganhando espaço tanto na academia quanto na indústria ao longo das últimas décadas. O fato de
incorporar restrições em sua lei de controle e de poder ser aplicada tanto para sistemas lineares
simples quanto para sistemas não-lineares complexos com múltiplas entradas e múltiplas saídas
tornam seu emprego bastante atraente. Porém, seu alto custo computacional muitas vezes impede
sua aplicação a sistemas com dinâmicas rápidas, principalmente a sistemas não-lineares embarcados
onde há restrições computacionais e de consumo de energia. Baseado nisso, este trabalho
se propõe a desenvolver algoritmos e arquiteturas em hardware capazes de viabilizar a aplicação
do Controle Preditivo Não-Linear (NMPC) para sistemas embarcados.
Duas abordagens são desenvolvidas ao longo do trabalho. A primeira aplica técnicas de aprendizado
de máquina utilizando Redes Neurais Artificiais (RNAs) e Máquinas de Vetor de Suporte
(SVMs) para criar soluções que aproximam o comportamento do NMPC em hardware. Neste
caso, técnicas para o treinamento das RNAs e SVMs são exploradas com o intuito de generalizar
uma solução capaz de lidar com uma ampla faixa de referências de controle. Em seguida, arquiteturas
de hardware em ponto-flutuante para a implementação de RNAs do tipo RBF (Radial Basis
Functions) e SVMs são desenvolvidas juntamente com configurador automático capaz de gerar os
códigos VHDL (VHSIC Hardware Description Language) das respectivas arquiteturas baseado
nos resultados de treinamento e sua topologia. As arquiteturas resultantes são testadas em um
FPGA (Field-Programmable Gate Array) de baixo custo e são capazes de computar soluções em
menos de 1 s.
Na segunda abordagem, o algoritmo heurístico de Otimização por Enxame de Partículas
(PSO), é estudado e adaptado para etapa de busca da sequência de controle ótima do NMPC.
Dentre as modificações estão incluídas a adição de funções de penalização para obedecer às
restrições de estados do sistema, o aprimoramento da técnica KPSO (Knowledge-Based PSO),
denominada KPSO+SS, onde resultados de períodos de soluções de períodos amostragem anteriores
são combinados com informações sobre o sinal de controle em estado estacionário e seus
valores máximos e mínimos para agilizar a busca pela solução ótima. Mais uma vez, arquiteturas
de hardware em ponto-flutuante são desenvolvidas para viabilizar a aplicação do controlador
NMPC-PSO a sistemas embarcados. Um gerador de códigos da solução NMPC-PSO é proposto
para permitir a aplicação da mesma arquitetura a outros sistemas. Em seguida, a solução é testada
para o procedimento de swing-up do pêndulo invertido utilizando uma plataforma hardware-inthe-
loop (HIL) e apresentou bom desempenho em tempo-real calculando a solução em menos de
3 ms. Finalmente, a solução NMPC-PSO é validada em um sistema de pêndulos gêmeos e outro
sistema de controle de atitudes de um satélite.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Decanato de Pesquisa e Inovação -(DPI/ UnB).Model-based Predictive Control (MPC) is an advanced control technique that has been gaining
adoption in industry and the academy along the last few decades. Its ability to incorporate system
constraints in the control law and be applied from simple linear systems up to more complex
nonlinear systems with multiple inputs and outputs attracts its usage. However, the high computational
cost associated with this technique often hinders its use, especially in embedded nonlinear
systems with fast dynamics with computational and restrictions. Based on these facts, this work
aims to study and develop algorithms and hardware architectures that can enable the application
of Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) on embedded systems.
Two approaches are developed throughout this work. The first one applies machine learning
techniques using Artificial Neural Networks (ANNs) and Support Vector Machines (SVMs) to
create solutions that approximate the NMPC behavior in hardware. In this case, ANN and SVM
training techniques are explored with the aim to generalize the control solution and work on a
large range of reference control inputs. Next, floating-point hardware architectures to implement
Radial Basis Function ANNs and SVM solutions are developed along with an automatic
architectural configuration too, capable of generating the VHDL (VHSIC Hardware Description
Language) codes based on the training results and its topology. Resulting architectures are tested
on a low-cost FPGA (Field-Programmable Gate Array) and are capable of computing the solution
in under 1 s.
In a second approach, the Particle Swarm Optimization (PSO), which is a heuristic algorithm,
is studied and adapted to perform the optimal control sequence search phase of the NMPC.
Among the main optimizations performed are the addition of penalty functions to address the controlled
system state constraints, an improved KPSO (Knowledge-Based PSO) technique named
KPSO+SS, where results from previous sampling periods are combined with steady-state control
information to speed-up the optimal solution search. Hardware architectures with floating-point
arithmetic to enable the application of the NMPC-PSO solution on embedded systems are developed.
Once again, a hardware description configuration tool is created to allow the architecture
to be applied to multiple systems. Then, the solution is applied to a real-time inverted pendulum
swing-up procedure tested on a hardware-in-the-loop (HIL) platform. The experiment yielding
good performance and control results and was able to compute the solutions in under 3 ms. Finally,
the NMPC-PSO solution is further validated performing a swing-up procedure on a Twin
Pendulum system and then on a satellite control platform, a system with multiple inputs and
output