Projeto de controladores para a maximização de sistemas de captação de energia considerando excitação não ideal

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Harvesting systems harness the energy from the environment such as solar, thermal, electromagnetic and vibrational. Many projects of vibration energy harvesting systems use harmonic excitation in resonance with the system natural frequency to maximum vibration amplitude, resulting in a desirable amount of energy to transduction. However , the ambient vibration spectrum is large, which hampers the physical design of a system to capture energy for this purpose , it adds that the vibration environment is low frequency , which further complicates the design of a device of reduced size. In addition the ambient vibration in general does not remain in a single band and varying constantly. The ambient vibration can be modeled as a non-ideal excitation. The main objective of this thesis is to model a linear and non-linear vibration energy harvesting systems subject to periodic and non-ideal excitation and project controllers to improve the interaction of the system with excitation source increasing its efficiency. As a main result, it was observed that the non-ideal vibration provides more energy to the harvesting system than periodic excitation and that the controllers designed in particular LMI, achieved a significant result in efficiency gain

Sistemas de captação aproveitam a energia do ambiente, tais como solar, térmica, eletromagnética e de vibração. Grande parte dos projetos de sistemas de captação de energia por vibração utiliza excitação periódica em ressonância com a frequência natural do sistema para que a amplitude de vibração seja máxima, resultando em uma quantidade de energia desejável para transdução. No entanto, na natureza o espectro de vibração é grande, o que dificulta o projeto físico de um sistema de captação de energia com esse propósito, acrescenta-se que a vibração do ambiente é de baixa frequência, o que dificulta ainda mais o projeto de um dispositivo de tamanho reduzido. Acrescenta-se, ainda, que a vibração do ambiente, em geral, não permanece em uma única faixa, variando constantemente. Esse tipo de vibração do meio ambiente pode ser modelado como uma excitação não-ideal. O objetivo principal dessa tese é modelar um sistema de captação de energia por vibração para sistemas lineares e não-lineares, sujeitos a excitação periódica e não-ideal e projetar controladores para melhorar a interação do sistema de captação com a fonte de excitação aumentando sua eficiência. Como principal resultado, observou-se que a vibração não-ideal oferece mais energia ao sistema de captação do que a excitação periódica e que os controladores projetados, em especial o LMI, conseguiu atingir um resultado expressivo no ganho de eficiência