Dinâmica não linear e controle de osciladores inteligentes

Problems involving mechanical vibrations are common in virtually all branches of industry. In order to try to suppress or control these vibrations, several methods and techniques have been developed over the last decades and continue today, mainly due to the growing needs of engineering. Among th...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Freitas Neto, Felipe Rodrigues de
Outros Autores: Bessa, Wallace Moreira
Formato: doctoralThesis
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Estruturas inteligentes
Controle não linear
Controle inteligente
Vibrações mecânicas
Compósitos com ligas com memoria de forma
Caos
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32230
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Freitas Neto, Felipe Rodrigues de
Dinâmica não linear e controle de osciladores inteligentes
description Problems involving mechanical vibrations are common in virtually all branches of industry. In order to try to suppress or control these vibrations, several methods and techniques have been developed over the last decades and continue today, mainly due to the growing needs of engineering. Among the techniques used can be cited the use of intelligent materials and smart structures. These materials exhibit a non-linear behavior, and depending on the parameters of the dynamic system that employ them, they may present periodic, almost periodic and chaotic responses. Given this wealth of responses, there is an increase in the complexity of predicting their behavior and applying an effective control technique. The present work presents a study of the nonlinear dynamics of an oscillator with intelligent materials and seeks to bring the system to a desired state using a robust control technique aided by an Radial-Basis Function Networks. A demonstration of the robustness of the technique is presented using Lyapunov’s theory of stability and Barbalat’s lemma. Before applying this control technique, a prior study of the static behavior of Shape Memory Alloys Composites (SMAC) is carried out, followed by a dynamic study where tools such as the Bifurcation Diagram and the Largest Lyapunov Exponent are explored to extract more information about the dynamics presented by oscillators with such materials. Specific cases are presented to verify the effectiveness of the control technique, which must be robust, capable of learning, adapting and predicting. As a result, the control technique used was able to control oscillators with Shape Memory Alloys (SMA) and Shape Memory Alloy Composites in the face of non-linearities such as hysteresis, dead-zone and saturation, with fluctuations in the parameters and and the lack of system dynamics. The control technique was also able to control the chaotic oscillator responses.
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Among the techniques used can be cited the use of intelligent materials and smart structures. These materials exhibit a non-linear behavior, and depending on the parameters of the dynamic system that employ them, they may present periodic, almost periodic and chaotic responses. Given this wealth of responses, there is an increase in the complexity of predicting their behavior and applying an effective control technique. The present work presents a study of the nonlinear dynamics of an oscillator with intelligent materials and seeks to bring the system to a desired state using a robust control technique aided by an Radial-Basis Function Networks. A demonstration of the robustness of the technique is presented using Lyapunov’s theory of stability and Barbalat’s lemma. Before applying this control technique, a prior study of the static behavior of Shape Memory Alloys Composites (SMAC) is carried out, followed by a dynamic study where tools such as the Bifurcation Diagram and the Largest Lyapunov Exponent are explored to extract more information about the dynamics presented by oscillators with such materials. Specific cases are presented to verify the effectiveness of the control technique, which must be robust, capable of learning, adapting and predicting. As a result, the control technique used was able to control oscillators with Shape Memory Alloys (SMA) and Shape Memory Alloy Composites in the face of non-linearities such as hysteresis, dead-zone and saturation, with fluctuations in the parameters and and the lack of system dynamics. The control technique was also able to control the chaotic oscillator responses. Problemas envolvendo vibrações mecânicas são comuns em praticamente todos os ramos da indústria. Para tentar suprimir ou controlar essas vibrações foram desenvolvidos vários métodos e técnicas ao longo das ultimas décadas e continua nos dias atuais, principalmente devido as crescentes necessidades da engenharia. Entre as técnicas utilizadas pode ser citado o uso de materiais ou estruturas inteligentes. Estes materiais apresentam um comportamento não linear e, a depender dos parâmetros do sistema dinâmico que os empregam, podem apresentar respostas periódicas, quase periódicas e caóticas. Diante dessa riqueza de respostas há um aumento na complexidade de predizer seu comportamento e em aplicar uma técnica de controle de modo eficaz. O presente trabalho, apresenta um estudo da dinâmica não linear de um oscilador com materiais inteligentes e busca levar o sistema a um estado desejado utilizando uma técnica de controle robusto auxiliada por uma Rede Função Base Radial. Uma demonstração da robustez da técnica é apresentada utilizando a teoria da estabilidade de Lyapunov e o lema de Barbalat. Antes da aplicação desta técnica de controle é feito um estudo prévio do comportamento estático de Compósitos com Ligas com Memória de Forma (CLMF), seguido de um estudo dinâmico onde são exploradas ferramentas como o Diagrama de Bifurcação e o Maior Expoente de Lyapunov para extrair mais informações sobre a dinâmica apresentada por osciladores com tais materiais. São apresentados casos específicos que buscam verificar a efetividade da técnica de controle, que deve apresentar robustez, capacidade de aprendizado, de adaptação e de predição. Como resultado, a técnica de controle usada foi capaz de controlar osciladores com Ligas com Memória de Forma (LMF) e Compósitos com Ligas com Memoria de Forma diante de não-linearidades tipo histerese, zona-morta e saturação, com flutuações nos parâmetros e com o desconhecimento da dinâmica do sistema. A técnica de controle também foi capaz de controlar respostas caóticas do oscilador. 2021-04-15T23:53:25Z 2021-04-15T23:53:25Z 2020-10-05 doctoralThesis FREITAS NETO, Felipe Rodrigues de. Dinâmica não linear e controle de osciladores inteligentes. 2020. 100f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32230 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

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