O objetivo deste t rabalho é mostrar a eficácia entre as estratégias de controle: sistema de massa ativa regulada (ATMD); tendão; isolamento da base e sistema híb1'ido. A matriz ponderada Q usada no sistema de ATMD é determinada através do método da matriz de amortecimento modificado C e matriz de rigidez modificada K. Para a estrutura modelada com controle híbrido, um algorítmo de controle ótimo com aceleração, velocidade e deslocamento realimentados é proposto. Na estrutura modelada com controle a-Livo por tendão, um algorítmo para calcular o ganho de realimentação ótimo da saída é desenvolvido de um modo simples tal que certo índice de realização prescrito é minimizado. Com a introdução de uma operação matricial especial. o ganho de realimentação ótimo é obtido sistematicamente pela resoluçã.o simultânea e iterativa de equações algébricas lineares. Uma vez conhecido o vetor de controle. é resolvido um problema. diferencial vetorial de valor inicial do tipo.T\a seqüência foram feitas simulações numéricas usando dois tipos de parâmetros estruturais uma estrutura rígida e outra mais flexível. / The purpose of this work is to show the effectiveness of control strategies among the aclive t uned mass damper ATMD system, Active Tendon systern, base-isolation system and hybrid control system. The weighting matrix Q used in the ATMD is determined through a method t hat modifies the damping matrix Õ and the stiffness matrix F;. For the hybrid control system, an optimal-con trol algorithm ·with acceleration: velocity and displacement feedback is proposed. For the active Tendon control system, an algorithm to calculate optimal direct output feedback gai n is developed in a simple fashion such that a certain prescribed performance index is minimized. With the int roduction of a special matrix operation. optimal feedback gain is obtained systematically by solving simultaneously linear algebraic equation iteratively. In the following, numerical somula.tions for two types of structural pa.ra.meters are prcscnted (one is a st iff structure and t he other is a soft structure).

O objetivo deste t rabalho é mostrar a eficácia entre as estratégias de controle: sistema de massa ativa regulada (ATMD); tendão; isolamento da base e sistema híb1'ido. A matriz ponderada Q usada no sistema de ATMD é determinada através do método da matriz de amortecimento modificado C e matriz de rigidez modificada K. Para a estrutura modelada com controle híbrido, um algorítmo de controle ótimo com aceleração, velocidade e deslocamento realimentados é proposto. Na estrutura modelada com controle a-Livo por tendão, um algorítmo para calcular o ganho de realimentação ótimo da saída é desenvolvido de um modo simples tal que certo índice de realização prescrito é minimizado. Com a introdução de uma operação matricial especial. o ganho de realimentação ótimo é obtido sistematicamente pela resoluçã.o simultânea e iterativa de equações algébricas lineares. Uma vez conhecido o vetor de controle. é resolvido um problema. diferencial vetorial de valor inicial do tipo.T\a seqüência foram feitas simulações numéricas usando dois tipos de parâmetros estruturais uma estrutura rígida e outra mais flexível. / The purpose of this work is to show the effectiveness of control strategies among the aclive t uned mass damper ATMD system, Active Tendon systern, base-isolation system and hybrid control system. The weighting matrix Q used in the ATMD is determined through a method t hat modifies the damping matrix Õ and the stiffness matrix F;. For the hybrid control system, an optimal-con trol algorithm ·with acceleration: velocity and displacement feedback is proposed. For the active Tendon control system, an algorithm to calculate optimal direct output feedback gai n is developed in a simple fashion such that a certain prescribed performance index is minimized. With the int roduction of a special matrix operation. optimal feedback gain is obtained systematically by solving simultaneously linear algebraic equation iteratively. In the following, numerical somula.tions for two types of structural pa.ra.meters are prcscnted (one is a st iff structure and t he other is a soft structure).

[pt] Pontes com vãos superiores a 2.000 m tornam-se muito sensíveis à ação do vento, particularmente ao drapejamento. Nesta tese é estudado um método para a supressão do drapejamento em pontes de grandes vãos através de um controle aerodinâmico ativo. Apresentam-se técnicas analíticas de projeto para o controle ativo do sistema aero elástico constituído pelo tabuleiro e por duas superfícies de controle. Estas técnicas são baseadas em aproximações racionais das cargas aerodinâmicas não permanentes (ou auto-excitadas) no domínio Laplaciano, no qual as equações de movimento são representadas por equações matriciais de coeficientes constantes. A primeira parte da tese é dedicada à formulação matricial das funções racionais conhecida como Minimum State, assim como a aplicações a dados aerodinâmicos obtidos experimentalmente para vários tipos de seções transversais de pontes. A precisão das aproximações é calculada. Desenhos dos derivativos aerodinâmicos, dados sob forma de tabelas, e das respectivas aproximações, são elaborados para fins de comparação. Em seguida, são apresentadas as equações em espaço de estado descrevendo o comportamento aeroelástico de uma seção transversal de ponte. A partir dos dados geométricos e características dinâmicas de uma determinada ponte, (massa, momento de inertia polar, frequências naturais e fatores de amortecimento), e assumindo a semelhança geométrica entre as seções transversais da ponte em verdadeira grandeza e do modelo em escala do qual os derivativos aerodinâmicos foram extraídos, é possível calcular a velocidade crítica desta ponte, utilizando os programas em linguagem MATLAB apresentados no corpo deste trabalho. Esta parte da tese mostra ser possível construir um catálogo com vários perfis de pontes, caracterizados por derivativos aerodinâmicos variáveis em função de frequências reduzidas adimensionais, e das funções racionais correspondentes. A segunda parte é dedicada à fomulação das equações de movimento em espaço de estado, descrevendo o comportamento aeroelástico do sistema tabuleiro - superfícies de controle. As equações resultantes são ampliadas com novos estados aerodinâmicos responsáveis pela modelagem da influência do fluxo de ar sobre o tabuleiro e sobre as superfícies de controle em movimento. As equações de movimento são função da velocidade média do vento incidente. A dependência da equação de movimento à velocidade do vento motivou a aplicação dos conceitos de realimentação de ganhos, constante e variável, ao problema da supressão do drapejamento, os quais são apresentados separadamente em dois capítulos.O enfoque de ganho variável de saída é formulado em termos de minimização de um índice de desempenho dimensionalmente proporcional à soma do trabalho realizado pelas superfícies de controle e da energia cinética proporcional à velocidade vertical do tabuleiro. Apresenta-se também em detalhe um método sistemático para determinar a matriz de controle de ganhos variável, aplicada ao caso hipotético da ponte de Gibraltar. Neste caso, o conceito de realimentação de ganhos variável mostrou-se muito efetivo em suprimir o drapejamento do tabuleiro da ponte. Diferentes características geométricas e dinâmicas de outras pontes podem ser introduzidas nos programas MATLAB apresentados no Apêndice, para obtenção da velocidade crítica nos casos de tabuleiros isolados, tabuleiros com asas estacionárias e tabuleiros com asas giratórias ativamente controladas, para supressão do drapejamento do tabuleiro. / [en] Long span bridges, with main spans beyond 2.000 m become highly sensitive to wind action, particularly to flutter. An active aerodynamic control method of suppressing flutter of very long span bridges is studied in this thesis. Analytical design techniques for active control of the aeroelastic system consisting of the bridge deck and two control surfaces are presented. These techniques are based on a rational approximation of the unsteady aerodynamic loads in the entire Laplace domain, which yieds matrix equations of motion with constant coefficientes. The first part of this thesis is dedicated to the matrix formulation of the rational functions known as Minimum State and to applications to aerodynamic data obtained experimentally for various types of bridge profiles. The precision of the approximations iscalculated, and plots of the approximation functions compared to the available tabular data are drawn. Next, the state-space equations of motion describing the aeroelastic behaviour of a section of a bridge deck is presented. Given the dynamic data of a bridge structure (mass, rotational mass moment of inertia, natural frequencies, stiffness and damping ratios), and assuming that a geometric similitude exists between the profiles of the full-scale bridge deck and the sectional model from which the frequency dependent aerodynamic data was extracted, it is possible to calculate the critical velocity of that particular bridge. This part of the thesis shows that it is possible to build up a catalog of several profiles, characterized by frequency dependent aerodynamic data and the corresponding rational functions. The second part is dedicated to the formulation of the state-space equations of motion describing the aeroelastic behaviour of the entire system consisting of the bridge deck and control surfaces. The resulting equation includes new aerodynamic states which model the air flow influence on the moving deck. The equation of motion is a function of the mean velocity of the incoming wind. The dependence of the equation of motion on the wind velocity motivated the application of a constant and a variable-gain feedback concept to the problem of flutter suppressing, which are presented separatelly. The output variable-gain approach is formulated in terms of minimizing a performance index dimensionally proportional to the sum of the work done by the rotating control surfaces and the kinetic energy of the heaving velocity. A sistematic method to determine the matrix of variable control gains is shown in detail, as applied to the hypothethical case of Gibraltar bridge. Application of the variablegain feedback concept was found to be very effective in suppressing flutter of the bridge deck. Different geometric and dynamic characteristics can be introduced in the MATLAB programs included in this work, in order to obtain the critical velocities of a bridge deck alone, a bridge deck with stationary wings and a bridge with moving wings activelly controled.

O objetivo deste trabalho é apresentar e descrever algumas técnicas de controle que podem ser aplicadas no estudo e simulação das vibrações de estruturas flexíveis como pontes submetidas a. excitações de cargas dinâmicas c de excitações Sísmicas. É prosposto um critério de otimização para as localizações de sensores e atuadores baseados nos conceitos gramanianos de controlabilidade e observabilidade. São investigados os desenhos de sistemas de controle para minimizar a resposta de vibração da ponte sujeita a uma carga dinâmica baseados nos conceitos de controle ótimo. É considerado o controle da resposta dinâmica da estrutura da ponte devido a uma excitação sísmica com o uso de técnicas de controle ótimo instantâneo. / The objetive of this work is to describe some control techniques that can be employed for the estudy and simulation of vibrations with flexible structures such as brigdes subject to excitations dueto dinamicalloads and seismic excitations. An optimal criterion for the location of the sensors and actuators, based on the concepts of controllability and obscrvability gramiaus is proposed. The design of control systems for minimizing the response of the vibration of a brigde subject to a dinamicalload is based on optimal control concepts. We consider the control the dynamical response of the brigde structure due to a seismic excitation by using instantaneous optimal control techniques.

FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Esta Dissertação versa sobre a análise de confiabilidade de estruturas sujeitas a controle ativo e passivo de vibrações, com ênfase na aplicação dos métodos de confiabilidade de primeira ordem (FORM, First Order Reliability Method) e segunda ordem (SORM, Second Order Reliability Method). Esses são usados para calcular o índice de confiabilidade e, consequentemente, a probabilidade de falha de estruturas, considerando variáveis aleatórias modeladas segundo funções densidade de probabilidade. Três técnicas de controle são avaliadas: controle ativo empregando atuadores piezelétricos; controle passivo por absorvedores dinâmicos de vibrações e controle passivo baseado em atuadores piezelétricos conectados a circuitos shunt ressonantes. Para cada caso, são definidas funções de estado limite que descrevem limites operacionais e/ou requisitos de projeto, cuja avaliação é baseada em respostas obtidas por meio de modelos de elementos finitos das estruturas analisadas. Para cada uma das técnicas de controle, aplicações numéricas dos métodos FORM e SORM são realizadas considerando como estrutura principal uma treliça plana. Para efeito de avaliação da precisão das estimações de confiabilidade fornecidas por estes métodos, foram também utilizadas Simulações de Monte Carlo. A partir dos resultados, são discutidas as características específicas observadas para cada técnica de controle. Em específico, para duas delas foram identificados domínios de segurança e de falha de formas atípicas, em cujos casos, fica inviabilizado o uso dos métodos FORM e SORM. De modo geral, os resultados confirmam a importância e a conveniência de se aplicarem os métodos de análise de confiabilidade a estruturas sujeitas a procedimentos de controle de vibrações. / This dissertation is devoted to the reliability analysis of structures subjected to active and passive vibration control, with emphasis on the use of First Order Reliability Method (FORM) and Second Order Reliability Method (SORM). These methods are used to evaluate the reliability indices and the associated failure probability, considering that the random variables are modeled by probability density functions. Three techniques of vibration control are considered, namely: active control using PZT stack actuators, passive control based on dynamic vibration absorbers, and passive control based on piezoelectric transducers connected to resonant shunt circuits. For each technique, limit state functions are defined related to the operational limitations or design requirements. Their evaluation is made from structural responses obtained from finite element models. For each control technique, numerical applications of FORM and SORM are carried-out for a two-dimensional truss, defined as the structure of interest. To assess the accuracy of the reliability estimations provided by those methods, Monte Carlo Simulations are also performed. The numerical results enable to put in evidence specific characteristics of each control technique as related to reliability. Specifically, for two of them it is verified the occurrence of atypical geometrical forms of the safety and failure domains, which preclude the use of FORM and SORM. In general, the results confirm the importance and convenience of performing reliability assessment of structures subjected to vibration control procedures. / Dissertação (Mestrado)

O objetivo deste trabalho é apresentar e descrever algumas técnicas de controle que podem ser aplicadas no estudo e simulação das vibrações de estruturas flexíveis como pontes submetidas a. excitações de cargas dinâmicas c de excitações Sísmicas. É prosposto um critério de otimização para as localizações de sensores e atuadores baseados nos conceitos gramanianos de controlabilidade e observabilidade. São investigados os desenhos de sistemas de controle para minimizar a resposta de vibração da ponte sujeita a uma carga dinâmica baseados nos conceitos de controle ótimo. É considerado o controle da resposta dinâmica da estrutura da ponte devido a uma excitação sísmica com o uso de técnicas de controle ótimo instantâneo. / The objetive of this work is to describe some control techniques that can be employed for the estudy and simulation of vibrations with flexible structures such as brigdes subject to excitations dueto dinamicalloads and seismic excitations. An optimal criterion for the location of the sensors and actuators, based on the concepts of controllability and obscrvability gramiaus is proposed. The design of control systems for minimizing the response of the vibration of a brigde subject to a dinamicalload is based on optimal control concepts. We consider the control the dynamical response of the brigde structure due to a seismic excitation by using instantaneous optimal control techniques.

O objetivo deste trabalho é apresentar e descrever algumas técnicas de controle que podem ser aplicadas no estudo e simulação das vibrações de estruturas flexíveis como pontes submetidas a. excitações de cargas dinâmicas c de excitações Sísmicas. É prosposto um critério de otimização para as localizações de sensores e atuadores baseados nos conceitos gramanianos de controlabilidade e observabilidade. São investigados os desenhos de sistemas de controle para minimizar a resposta de vibração da ponte sujeita a uma carga dinâmica baseados nos conceitos de controle ótimo. É considerado o controle da resposta dinâmica da estrutura da ponte devido a uma excitação sísmica com o uso de técnicas de controle ótimo instantâneo. / The objetive of this work is to describe some control techniques that can be employed for the estudy and simulation of vibrations with flexible structures such as brigdes subject to excitations dueto dinamicalloads and seismic excitations. An optimal criterion for the location of the sensors and actuators, based on the concepts of controllability and obscrvability gramiaus is proposed. The design of control systems for minimizing the response of the vibration of a brigde subject to a dinamicalload is based on optimal control concepts. We consider the control the dynamical response of the brigde structure due to a seismic excitation by using instantaneous optimal control techniques.