Nonlinear dynamic model and simulation of morphing wing profile actuated by shape memory alloys

Morphing aircraft have the ability to actively adapt and change their shape to achieve different missions efficiently. The development of morphing structures is deeply related with the ability to model precisely different designs in order to evaluate its characteristics. This paper addresses the dynamic modeling of a sectioned wing profile (morphing airfoil) connected by rotational joints (hinges). In this proposal, a pair of shape memory alloy (SMA) wires are connected to subsequent sections providing torque by reducing its length (changing airfoil camber). The dynamic model of the structure is presented for one pair of sections considering the system with one degree of freedom. The motion equations are solved using numerical techniques due the nonlinearities of the model. The numerical results are compared with experimental data and a discussion of how good this approach captures the physical phenomena associated with this problem. © The Society for Experimental Mechanics, Inc. 2012.

On Non-ideal and Chaotic Energy Harvester Behavior

In this paper, we deal with the research of a proposed mathematical model of energy harvesting, including nonlinearities in the piezoelectric coupling and a non-ideal force of excitation. We showed using numerical simulations to analysis of the dynamic responses that, the power harvested was influenced by the nonlinear vibrations of the structure, as well as by the influence of the non-linearities in the piezoelectric coupling. We concluded through of the numerical results that the limited energy source was interacting with the system. Thus, the increasing of the voltage in DC motor led the system produce a good power response, especially in high-energy orbits in the resonance region, but the Sommerfeld effect occurs in the system and a chaotic behavior was found in the post-resonance region. So the power harvested along the time decreases because occurs loses of energy due the interaction between energy source and structure. Keeping the energy harvested constant over time is essential to make possible the use of energy harvesting systems in real applications. To achieve this objective, we applied a control technique in order to stabilize the chaotic system in a periodic stable orbit. We announced that the results were satisfactory and the control maintained the system in a stable condition. © 2012 Foundation for Scientific Research and Technological Innovation.

The non-ideal problem behavior using a dynamic vibration absorber with nonlinear essential stiffness and timedependent damping properties

The purpose of this study is to develop a dynamic vibration absorber using viscoelastic material with nonlinear essential stiffness and time-dependent damping properties for a non-ideal vibrating system with Sommerfeld effect, resonance capture, and jump phenomenon. The absorber is a mass-bar subsystem that consists of a viscoelastic bar with memory attached to mass, in which the internal dissipative forces depend on current, deformations, and its operational frequency varies with limited temperature. The non-ideal vibrating system consists of a linear (nonlinear) oscillator (plane frame structure) under excitation, via spring connector, of a DC-motor with limited power supply. A viscoelastic dynamic absorber modeled with elastic stiffness essentially nonlinearities was developed to further reduce the Sommerfeld effect and the response of the structure. The numerical results show the performance of the absorber on the non-ideal system response through the resonance curves, time histories, and Poincarésections. Furthermore, the structure responses using the viscoelastic damper with and without memory were studied. © IMechE 2012.

Decoupled reference generator for shunt active filters using the conservative power theory

Based on the framework of the Conservative Power Theory (CPT), this paper proposes some compensation strategies for shunt current compensators. CPT current decompositions result in several current-related terms associated with specific load characteristics, such as power consumption, energy storage, unbalances and load nonlinearities. These current components are decoupled (orthogonal) from each other and are used here to define different compensation strategies, which can be selective in minimizing particular effects of disturbing loads. Compensation strategies for single- and three-phase four-wire circuits are also considered. Simulated and experimental results are described to validate the possibilities and performance of the proposed strategies. © 2013 Brazilian Society for Automatics - SBA.

A non-ideal portal frame energy harvester controlled using a pendulum

A model of energy harvester based on a simple portal frame structure is presented. The system is considered to be non-ideal system (NIS) due to interaction with the energy source, a DC motor with limited power supply and the system structure. The nonlinearities present in the piezoelectric material are considered in the piezoelectric coupling mathematical model. The system is a bi-stable Duffing oscillator presenting a chaotic behavior. Analyzing the average power variation, and bifurcation diagrams, the value of the control variable that optimizes power or average value that stabilizes the chaotic system in the periodic orbit is determined. The control sensitivity is determined to parametric errors in the damping and stiffness parameters of the portal frame. The proposed passive control technique uses a simple pendulum to tuned to the vibration of the structure to improve the energy harvesting. The results show that with the implementation of the control strategy it is possible to eliminate the need for active or semi active control, usually more complex. The control also provides a way to regulate the energy captured to a desired operating frequency. © 2013 EDP Sciences and Springer.

Controle robusto com realimentação derivativa de sistemas não lineares via LMI

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Fenômenos não-lineares, incluindo-se os não-ideias, em captura de energia utilizando-se dispositivos piezoelétricos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelagem de um motor de indução trifásico operando com tensões desequilibradas por meio de redes neurais artificiais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Comportamento dinâmico não linear e controle de sistemas eletromecânicos em macro e micro escalas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Controle automático com estrutura variável utilizando sistemas ERP e LMI

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

Dinâmica não linear de sistemas de levitação magnética

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Projeto de Controladores Robustos H∞ para Sistemas Discretos Utilizando Modificação de Zeros

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Análise de um regulador de velocidade digital para a Usina Hidroelétrica de Curuá-Una

Analisa uma proposta de um controlador digital para o regulador de velocidade da Usina Hidroelétrica de Curuá-Una, utilizando duas estratégias de projeto, a estratégia indireta com o projeto do controlador sendo feito no plano contínuo e depois discretizado e a estratégia direta, em que o controlador é projetado inteiramente no plano discreto. O conhecimento gerado no simulador é de grande importância, pois é uma das grandes ferramentas para avaliar o comportamento dos controladores digitais propostos, em ambiente seguro. O estudo dos controladores também permite uma substituição de equipamentos antigos, com produção descontinuada, por equipamentos novos que permitem a confecção de controladores modernos, digitais e inteligentes, que proporcionam uma substituição de técnicas antigas de controle por estratégias avançadas de controle, maximizando o rendimento do sistema em condições adversas de operação. O trabalho levanta as diferenças, vantagens e desvantagens de cada controlador, com o objetivo de auxiliar na escolha do controlador mais adequado para projetos de controladores avançados: tipo um controle adaptativo, controle fuzzy ou controle neural. As dificuldades de projeto e os resultados das simulações foram os principais indicadores na avaliações dos dois RV digitais projetados. De uma forma geral o RV digital direto apresentou melhor desempenho, estabilidade e menor esforço computacional, entretanto, o RV digital indireto mostrou desempenho similar, menor degradação devido às não linearidades e ao menor esforço de projeto.

Acionamento vetorial por controlador fuzzy modo deslizante de motor de indução

Este trabalho estuda a técnica de acionamento vetorial aplicado ao motor de indução trifásico (MIT), utilizando como estratégia de controle a combinação de controle fuzzy com controladores chaveados do tipo modo deslizante, em uma configuração aqui denominada de Controlador Fuzzy Modo Deslizante (FSMC – Do inglês: Fuzzy Sliding Mode Control). Um modelo dinâmico do MIT é desenvolvido em variáveis ‘d-q’ o que conduziu a um modelo eletromecânico em espaço de estados que exibe fortes não linearidades. A este modelo são aplicadas as condições de controle vetorial que permitem desacoplar o torque e o fluxo no MIT, de maneira que o seu comportamento dinâmico se assemelha àquele verificado em uma máquina de corrente contínua. Nesta condição, são implementados controladores do tipo proporcional e integral (PI) às malhas de controle de corrente e velocidade do motor, e são realizadas simulações computacionais para o rastreamento de velocidade e perturbação de carga, o que levam a resultados satisfatórios do ponto de vista dinâmico. Visando investigar o desempenho das estratégias não lineares nesta abordagem é apresentado o estudo da técnica de controle a estrutura chaveada do tipo modo deslizante. Um controlador modo deslizante convencional é implementado, onde se verifica que, a despeito do excelente desempenho dinâmico a ocorrência do fenômeno do “chettering” inviabiliza a aplicação desta estratégia em testes reais. Assim, é proposta a estratégia de controle FSMC, buscando associar o bom resultado dinâmico obtido com o controlador modo deslizante e a supressão do fenômeno do chettering, o que se atinge pela definição de uma camada de chaveamento do tipo Fuzzy. O controlador FSMC proposto é submetido aos mesmos testes computacionais que o controlador PI, conduzindo a resultados superiores a este último no transitório da resposta dinâmica, porém com a presença de erro em regime permanente. Para atacar este problema é implementada uma combinação Fuzzy das estratégias FSMC com a ação de controle PI, onde o primeiro busca atuar em regiões afastadas da superfície de chaveamento e o segundo busca introduzir o efeito da ação integral próximo à superfície. Os resultados obtidos mostram a viabilidade da estratégia em acionamento de velocidade variável que exigem elevado desempenho dinâmico.

Interações modais não ressonantes em vigas cantilever flexíveis

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG