Controle ativo de vibrações em estruturas flexíveis utilizando desigualdades matriciais lineares (LMIs)

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

Controle de sistemas lineares incertos via realimentação derivativa utilizando Funções de Lyapunov dependentes de parâmetros

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Projetos de controladores baseados em LMI usando realimentação da derivada dos estados

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Projeto de controladores baseados em LMIs: realimentação derivativa e sistemas chaveados utilizando estrutura variável

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

Controle de vibração em reatores elétricos através de absorvedores dinâmicos viscoelásticos

Reatores elétricos utilizados em subestações de energia têm funções específicas na operacionalização e manutenção da funcionalidade destas instalações, sendo equipamentos aplicados ao controle de reativos, de correntes de curto circuito e surtos de manobra em sistemas de transmissão de energia elétrica. Detectou-se que alguns reatores em funcionamento apresentaram elevados níveis de vibração estrutural. Dois destes reatores operam na subestação da cidade de Rurópolis, situada a oeste do estado do Pará. Outro problema decorrente do elevado nível de vibração destas estruturas é a geração de pontos quentes no núcleo eletromagnético do reator, podendo gerar bolhas de gases altamente inflamáveis. A existência destes problemas operacionais pode ocasionar ao Sistema de Transmissão do Norte do Brasil interrupções na transmissão de energia elétrica. Isto geraria na região Norte e em outras interligadas (Nordeste, Sudeste e Centro-Oeste) elevados prejuízos sociais e financeiros. A aplicação de ferramentas para a minimização do problema vibro-acústico (redução dos níveis vibração e, por conseguinte, ruído) pode evitar danos estruturais e operacionais que resultem na sua indisponibilidade operativa reduzindo, conseqüentemente, perdas e a necessidade do desenvolvimento de equipamentos de custo elevado com baixos índices de vibração. No intuito de se reduzir tais níveis, propõe-se à aplicação de absorvedores dinâmicos na estrutura externa dos reatores. Uma vez dimensionados em quantidade, posição e parâmetros definidores (massa, rigidez e amortecimento) espera-se criar um sistema, que sintonizado com a freqüência da excitação de natureza eletromagnética, absorverá parte da energia vibratória do reator, minimizando-se, os elevados índices detectados e, por conseqüência, todos os problemas subseqüentes. São indicados compostos viscoelásticos nos absorvedores dinâmicos (com propriedades dinâmicas dependentes tanto da temperatura como da freqüência de trabalho), em virtude de estes materiais aumentarem o campo de ação dos absorvedores, adequando-se à elevada densidade modal verificada nas chaparias metálicas do reator.

Análise de sistemas de controle de vibração em máquinas rotativas utilizando atuadores formados por ligas com memória de forma

A aplicação das ligas com memória de forma (shape memory alloys – SMA) têm se mostrado como uma alternativa promissora no controle de vibração de máquinas e estruturas, devido principalmente aos fenômenos de memória de forma e pseudoelástico que elas apresentam. Do mesmo modo, tais ligas proporcionam grandes forças de recuperação e capacidade de amortecimento quando comparadas aos materiais tradicionais. Na literatura científica encontra-se um grande número de trabalhos que tratam da aplicação das SMA no controle de vibração em estruturas. Contudo, a aplicação desse tipo de material em máquinas rotativas ainda é um assunto pouco abordado. Nesse sentido, busca-se explorar numericamente o comportamento de atuadores baseados em ligas com memória de forma para o controle de vibração em máquinas rotativas. Na primeira análise deste trabalho um rotor tipo Jeffcott com luvas SMA em um dos mancais é utilizado. São empregadas diferentes espessuras de luvas nos estados martensítico e austenítico e as variações em termos de amplitude e frequência são então comparadas. Posteriormente, dois diferentes sistemas rotativos com dois discos e molas SMA aplicadas em um e dois mancais são estudados sob configurações variadas. As molas foram posicionadas externamente aos mancais e a temperatura de operação desses componentes é ajustada de acordo com a necessidade do controle de vibração. Além disso, foi utilizado um código computacional para a representação do comportamento termomecânico de molas SMA assim como um programa baseado no Método de Elementos Finitos (MEF) para a simulação do comportamento dinâmico dos rotores. Os resultados das análises numéricas demonstram que as SMA são eficientes no controle de vibração de sistemas rotativos devido obterem-se reduções significativas das amplitudes de deslocamento, modificações nas velocidades críticas, supressão de movimentos indesejáveis e controle das órbitas de precessão.

Controle ativo de vibrações em vigas utilizando controle feedforward e elementos espectrais

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

Controle ativo de estruturas reticuladas utilizando atuadores de pilha de pzt

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

PD controller synthesis from open-loop response measurements of rotating system

In this work, a method of computing PD stabilising gains for rotating systems is presented based on the D-decomposition technique, which requires the sole knowledge of frequency response functions. By applying this method to a rotating system with electromagnetic actuators, it is demonstrated that the stability boundary locus in the plane of feedback gains can be easily plotted, and the most suitable gains can be found to minimise the resonant peak of the system. Experimental results for a Laval rotor show the feasibility of not only controlling lateral shaft vibration and assuring stability, but also helps in predicting the final vibration level achieved by the closed-loop system. These results are obtained based solely on the input-output response information of the system as a whole.

Parametric Analysis of Effective Material Properties of Thickness-Shear Piezoelectric Macro-Fibre Composites

A previous study on the characterization of effective material properties of a d(15) thickness-shear piezoelectric Macro-Fibre Composite (MFC) made of seven layers (Kapton, Acrylic, Electrode, Piezoceramic Fibre and Epoxy Composite, Electrode, Acrylic, Kapton) using a finite element homogenization method has shown that the packaging reduces significantly the shear stiffness of the piezoceramic material and, thus, leads to significantly smaller effective electromechanical coupling coefficient k(15) and piezoelectric stress constant e(15) when compared to the piezoceramic fibre properties. Therefore, the main objective of this work is to perform a parametric analysis in which the effect of the variations of fibre volume fraction, Epoxy elastic modulus, electrode thickness and active layer thickness on the MFC effective material properties is evaluated. Results indicate that an effective d(15) MFC should use relatively thick fibres having relatively high shear modulus and relatively stiff epoxy filler. On the other hand, the electrode thickness does not affect significantly the MFC performance.

Turbulence measurements performed in the North Atlantic during the James Cook cruise JC087, March 2013

During the cruise the turbulence probe MSS050 was used for microstructure measurements. The profiler is produced by Sea and Sun Technology GmbH in co-operation with ISW Wassermesstechnik. The probe was equipped with 2 velocity microstructure shear sensors, a microstructure temperature sensor, standard CTD sensors for precision measurements, a vibration control sensor, a two component tilt sensor, a fluorescence sensor and surface detection sensor (SD) to indicate the water surface hit at rising measurements. The sampling rate for all sensors is 1024 samples per second, the resolution 16 bit. During the MSS measurements, the ship was moving with speed approx. 0.5-1.0 knots with respect to the water against the wind. In order to take into account the intermittent nature of marine turbulence, repeated MSS measurements were carried out in bursts of typically 10 profiles per station. The measurement interval was approximately 7 (10) min for a profile to 140 (200) dbar. During JC87 cruise 8 series of turbulence measurements were conducted. Fluorescence data was obtained on the 5 of them.

Nonlinear normal modes in mechanical systems: concept and computation with numerical continuation

The purpose of this Project is, first and foremost, to disclose the topic of nonlinear vibrations and oscillations in mechanical systems and, namely, nonlinear normal modes NNMs to a greater audience of researchers and technicians. To do so, first of all, the dynamical behavior and properties of nonlinear mechanical systems is outlined from the analysis of a pair of exemplary models with the harmonic balanced method. The conclusions drawn are contrasted with the Linear Vibration Theory. Then, it is argued how the nonlinear normal modes could, in spite of their limitations, predict the frequency response of a mechanical system. After discussing those introductory concepts, I present a Matlab package called 'NNMcont' developed by a group of researchers from the University of Liege. This package allows the analysis of nonlinear normal modes of vibration in a range of mechanical systems as extensions of the linear modes. This package relies on numerical methods and a 'continuation algorithm' for the computation of the nonlinear normal modes of a conservative mechanical system. In order to prove its functionality, a two degrees of freedom mechanical system with elastic nonlinearities is analized. This model comprises a mass suspended on a foundation by means of a spring-viscous damper mechanism -analogous to a very simplified model of most suspended structures and machines- that has attached a mass damper as a passive vibration control system. The results of the computation are displayed on frequency energy plots showing the NNMs branches along with modal curves and time-series plots for each normal mode. Finally, a critical analysis of the results obtained is carried out with an eye on devising what they can tell the researcher about the dynamical properties of the system.

A Modified Positive Velocity and Position Feedback scheme with delay compensation for improved nanopositioning performance

Acknowledgments This paper was sponsored by the Spanish FPU12/00984 Program (Ministerio de Educacion, Cultura y Deporte). It was also sponsored by the Spanish Government Research Program with the Project DPI2012-37062-CO2-01 (Ministerio de Economia y Competitividad) and by the European Social Fund.

Atenuação de vibrações em pás de helicópteros utilizando circuito piezelétrico semi-passivo

O uso de materiais inteligentes em problemas de controle de vibração tem sido investigado em diversas pesquisas ao longo dos últimos anos. Apesar de que diferentes materiais inteligentes estão disponíveis, o piezelétrico tem recebido grande atenção devido à facilidade de uso como sensores, atuadores, ou ambos simultaneamente. As principais técnicas de controle usando materiais piezoelétricos são os ativos e passivos. Circuitos piezelétricos passivos são ajustados para uma frequência específica e, portanto, a largura de banda efetiva é pequena. Embora os sistemas ativos possam apresentar um bom desempenho no controle de vibração, a quantidade de energia externa e hardware adicionado são questões importantes. As técnicas SSD (Synchronized Switch Damping) foram desenvolvidas como uma alternativa aos controladores passivos e controladores ativos de vibração. Elas podem ser técnicas semi-ativas ou semi-passivas que introduzem um tratamento não linear na tensão elétrica proveniente do material piezelétrico e induz um aumento na conversão de energia mecânica para energia elétrica e, consequentemente, um aumento no efeito de amortecimento. Neste trabalho, o controle piezoelétrico semi-passivo de uma pá piezelétrica engastada é apresentado e comparado com outros controladores. O modelo não linear electromecânico de uma pá com piezocerâmicas incorporados é determinado com base no método variacional-assintótico (VAM). O sistema rotativo acoplado não linear é resolvido no domínio do tempo, utilizando um método de integração alfa-generalizado afim de garantir a estabilidade numérica. As simulações são realizadas para uma vasta gama de velocidades de rotação. Em primeiro lugar, um conjunto de resistências (variando desde a condição de curto-circuito para a condição de circuito aberto) é considerada. O efeito da resistência ótima (que resulta em máximo amortecimento) sobre o comportamento do sistema é investigado para o aumento da velocidade de rotação. Mais tarde, a técnica SSDS é utilizada para amortecer as oscilações da pá com o aumento da velocidade de rotação. Os resultados mostram que a técnica SSDS pode ser um método útil para o controle de vibrações de vigas rotativas não lineares, tais como pás de helicóptero.

AC self-bearing motors with a bridge configured winding

Magnetic levitation bearings eliminate friction, wear and the need for lubrication and so have high speed capability and potential for vibration control. One noteworthy development in the realm of magnetic levitation is the self-bearing or bearingless motor - an electromagnetic machine that supports its own rotor by way of magnetic forces generated by windings on its stator. Accordingly, various winding schemes have been proposed to accomplish the task of force production. This thesis proposes a novel concept of winding based on a bridge connection for polyphase self-bearing rotating electrical machines with the following advantages: • the connection uses a single set of windings and thus power loss is relatively low when compared with self-bearing motors with conventional dual set of windings. • the motor and levitation controls are segregated such that only one motor inverter is required for the normal torque production and levitation forces are produced by using auxiliary power supplies of relatively low current and voltage rating. The usual way of controlling the motor is retained. • there are many variant winding schemes to meet special needs. • independent power supplies for levitation control offer redundancy for fault tolerance. This thesis dwells specifically on the conceptual design and implementation of the proposed single set of windings scheme. The new connection has been verified to exhibit characteristics of a self-bearing motor via coupled-field finite element analysis: results are crosschecked analytically. Power loss and other aspects such as cost, design implementation are compared to support the newly proposed connection as a potential alternative to present designs.