Determinar as forças que estão agindo em um dado sistema é uma questão frequente em dinâmica estrutural, de modo que a reconstrução ou a identificação de carregamento se torna um importante problema de engenharia. Quando um sistema é exposto a um carregamento desconhecido e/ou não se é possível medir diretamente a força atuante nesse sistema, se torna necessária a utilização de métodos inversos. Esta metodologia consiste essencialmente na aplicação de cargas dinâmicas pontuais nos modelos de estudo e posterior recuperação de estimativas dessas cargas nos pontos de interesse. Na prática, há situações em que o número de pontos de interesse diferem do número de pontos testados, sendo assim, a matriz da função de resposta de freqüência (FRF) do sistema resulta retangular, fazendo-se necessário o uso da pseudo-inversa de Moore-Penrose. No presente trabalho, essa metodologia é aplicada a modelos númericos a fim de testar sua eficácia. Os resultados dos processos de reconstrução de carregamento dinâmico utilizando a presente metodologia foram obtidos a partir de aplicações analíticas e numéricas. Além disso, diretrizes para utilização da pseudo-inversa de Moore-Penrose na reconstrução de carregamento dinâmico são apresentadas ao final deste trabalho. / Determining the forces acting on a given system is a frequent issue in structural dynamics, so that load reconstruction or load identification becomes an important engineering problem. When a system is exposed to an unknown load and/or if it is not possible to directly measure the force acting on that system, it is necessary to use inverse methods. This methodology consists essentially in the application of punctuals dynamics load in the study models and later recovery of estimates of these loads at points of interest. In practice, there are situations where the number of points of interest differ from the number of points tested, so the matrix of the frequency response function (FRF) of the system is rectangular, making it necessary to use the pseudo-inverse of Moore-Penrose. In the present work, this methodology is applied to numerical models in order to test their effectiveness. The results of the dynamic load reconstruction processes using the present methodology were obtained from analytical and numerical applications. In addition, guidelines for using Moore-Penrose pseudo-inverse in the dynamic load reconstruction are presented at the end of this work.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1565570 bytes, checksum: 641bee91a3e1ec7240272fff8310ca82 (MD5) Previous issue date: 2006-11-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work it is discussed the improvement in the modal test for obtaining the Frequency Response Function (FRF) in low natural frequency structures by using as exciter an instrumented hammer. There are two conflicting needs in this kind of test: on the one hand, the low natural frequencies of the structure, which are usually associated with low damping, demand long acquisition time so that good resolution in the spectrum may exist. On the other hand, the sampling rate must be increased to correctly catch the short duration signal of the hammer. This leads to an elevated number of points in the signal to be acquired, and there may eventually be limitation on such number of points when using spectrum analyzers in the acquisition and obtaining of the FRFs. Thus, in this work, the selective decimation technique explored for the improvement of the test. The work includes the construction of a prototype with two degrees of freedom (S2GL) to serve as case study for the tests enabling the theoretical and experimental Frequency Response Functions (FRF) to be compared, as well as adjusting the parameters of the model. The MATLAB programming language was used for obtaining the FRFs. The efficiency of the improvement applied was verified through the frequency spectra, in which it was observed significant resemblance between the non-decimated FRF with the acquisition having a high number of points, and the decimated FRF with smaller number of points and selected so that it could preserve the correct detection of the hammer signal. / Neste trabalho discute-se o aprimoramento do teste modal para obtenção da Função Resposta em Freqüência (FRF) em estruturas de baixas freqüências naturais utilizando como excitador um martelo instrumentado. Há duas necessidades conflitantes neste tipo de teste: de um lado, as baixas freqüências naturais da estrutura, usualmente associadas com baixo amortecimento, requerem um tempo longo de aquisição para haver boa resolução no espectro. Por outro lado, a taxa de amostragem deve ser elevada para captar corretamente o sinal de curta duração do martelo. Isto leva a um número elevado de pontos no sinal a ser adquirido, havendo eventualmente limitação de tal número de pontos ao se utilizar analisadores de espectro na aquisição e obtenção das FRFs. Neste sentido, neste trabalho foi explorada a técnica de decimação seletiva para aprimoramento do teste. O trabalho inclui a construção de um protótipo com dois Graus de Liberdade (S2GL) para servir como objeto de estudo para os testes deste aprimoramento, permitindo assim, comparar as Funções Resposta em Freqüências (FRF) teóricas e experimentais, bem como ajustar os parâmetros do modelo. Utilizou-se da linguagem de programação MATLAB® para a obtenção das FRFs. A eficiência do aprimoramento empregado foi verificada através dos espectros de freqüência, onde observou-se uma significativa similaridade entre a FRF não decimada com a aquisição possuindo um número elevado de pontos e a FRF decimada com menor número de pontos e selecionada de modo a preservar a correta detecção do sinal do martelo.

Determinar as forças que estão agindo em um dado sistema é uma questão frequente em dinâmica estrutural, de modo que a reconstrução ou a identificação de carregamento se torna um importante problema de engenharia. Quando um sistema é exposto a um carregamento desconhecido e/ou não se é possível medir diretamente a força atuante nesse sistema, se torna necessária a utilização de métodos inversos. Esta metodologia consiste essencialmente na aplicação de cargas dinâmicas pontuais nos modelos de estudo e posterior recuperação de estimativas dessas cargas nos pontos de interesse. Na prática, há situações em que o número de pontos de interesse diferem do número de pontos testados, sendo assim, a matriz da função de resposta de freqüência (FRF) do sistema resulta retangular, fazendo-se necessário o uso da pseudo-inversa de Moore-Penrose. No presente trabalho, essa metodologia é aplicada a modelos númericos a fim de testar sua eficácia. Os resultados dos processos de reconstrução de carregamento dinâmico utilizando a presente metodologia foram obtidos a partir de aplicações analíticas e numéricas. Além disso, diretrizes para utilização da pseudo-inversa de Moore-Penrose na reconstrução de carregamento dinâmico são apresentadas ao final deste trabalho. / Determining the forces acting on a given system is a frequent issue in structural dynamics, so that load reconstruction or load identification becomes an important engineering problem. When a system is exposed to an unknown load and/or if it is not possible to directly measure the force acting on that system, it is necessary to use inverse methods. This methodology consists essentially in the application of punctuals dynamics load in the study models and later recovery of estimates of these loads at points of interest. In practice, there are situations where the number of points of interest differ from the number of points tested, so the matrix of the frequency response function (FRF) of the system is rectangular, making it necessary to use the pseudo-inverse of Moore-Penrose. In the present work, this methodology is applied to numerical models in order to test their effectiveness. The results of the dynamic load reconstruction processes using the present methodology were obtained from analytical and numerical applications. In addition, guidelines for using Moore-Penrose pseudo-inverse in the dynamic load reconstruction are presented at the end of this work.

Neste trabalho o autor programa e avalia algoritmos para análise e otimização de pressão sonora desenvolvidos para sistemas acoplados vibroacústicos, verificando o desempenho da análise da resposta e comparando a adequação dos algoritmos de Programação Quadrática Sequencial (SQP - Sequencial Quadratic Programming) e Genético na otimização da resposta. A otimização da resposta é implementada no programa acadêmico de elementos finitos Meflab, e utiliza para otimização a função fmincon disponível no programa comercial Matlab®. Igualmente a otimização da resposta é implementada através de um código desenvolvido de algoritmos genéticos. Para os casos acoplados estudados o algoritmo SQP mostra uma redução da pressão sonora inicial inferior ao algoritmo Genético, para casos desacoplados o método SQP consegue reduções maiores. Os resultados foram validados através de formulações analíticas disponíveis e comparados em alguns casos com soluções de programas comerciais. / In this work the author implements in a software and evaluates algorithms for analysis and optimization of the sound pressure developed for coupled vibroacoustic systems, checking the performance and response analysis comparing the suitability of the Sequencial Quadratic Programming (SQP) and Genetic algorithms in optimizing response. The optimization of the response is implemented in the academic program Meflab finite element, and uses optimization function fmincon available in the commercial program Matlab ®. Also the optimization of the response is implemented through a code developed genetic algorithms. For the coupled cases studied the SQP algorithm recduce less the inicial sunde pressure tha Genetic algorithm, for uncoupled cases SQP method has a bigger reduccion. The results were validated by analytical formulations available in some cases and compared with commercial software solutions.

Neste trabalho o autor programa e avalia algoritmos para análise e otimização de pressão sonora desenvolvidos para sistemas acoplados vibroacústicos, verificando o desempenho da análise da resposta e comparando a adequação dos algoritmos de Programação Quadrática Sequencial (SQP - Sequencial Quadratic Programming) e Genético na otimização da resposta. A otimização da resposta é implementada no programa acadêmico de elementos finitos Meflab, e utiliza para otimização a função fmincon disponível no programa comercial Matlab®. Igualmente a otimização da resposta é implementada através de um código desenvolvido de algoritmos genéticos. Para os casos acoplados estudados o algoritmo SQP mostra uma redução da pressão sonora inicial inferior ao algoritmo Genético, para casos desacoplados o método SQP consegue reduções maiores. Os resultados foram validados através de formulações analíticas disponíveis e comparados em alguns casos com soluções de programas comerciais. / In this work the author implements in a software and evaluates algorithms for analysis and optimization of the sound pressure developed for coupled vibroacoustic systems, checking the performance and response analysis comparing the suitability of the Sequencial Quadratic Programming (SQP) and Genetic algorithms in optimizing response. The optimization of the response is implemented in the academic program Meflab finite element, and uses optimization function fmincon available in the commercial program Matlab ®. Also the optimization of the response is implemented through a code developed genetic algorithms. For the coupled cases studied the SQP algorithm recduce less the inicial sunde pressure tha Genetic algorithm, for uncoupled cases SQP method has a bigger reduccion. The results were validated by analytical formulations available in some cases and compared with commercial software solutions.

Orientador: José Maria Campos dos Santos / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T06:05:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sica_MauricioRoselli_M.pdf: 6187406 bytes, checksum: eb76c3ee4e60cfc7e2fbff17dbb0b05b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: As simulações físicas em laboratórios da indústria automotiva são realizadas utilizando informações colhidas de veículos que são submetidos a ciclos de testes em rotas urbanas. Medir as respostas em pontos específicos durante uma rota de teste, não significa conhecer as excitações a que o veículo esta sendo submetido, visto que este normalmente é composto por sistemas mecânicos não lineares. O objetivo deste trabalho é desenvolver um algoritmo que possibilite através dos dados de resposta medidos em campo, conhecer as excitações de entrada, contribuindo para a reprodução da rota de teste. A metodologia utilizada está baseada na obtenção de funções de resposta em freqüência, de modelos lineares simples e no desenvolvimento de sinais de entrada, capazes de reproduzir as mesmas respostas medidas nas rotas nos sistemas não lineares. O algoritmo desenvolvido foi avaliado com simulações em sistemas lineares e não lineares de um, dois e quatro graus de liberdade. Através dos sinais de resposta medidos em um sistema e, utilizando sinal de identificação tipo Schroeder, foi possível estimar as forças de excitação, com um erro menor do que 1,0% para sistemas de dois graus de liberdade lineares e não lineares. No caso de sistemas com quatro graus de liberdade este valor foi menor do que 1,5%, utilizando sinais de identificação do tipo multisseno. Discute-se a metodologia utilizada para a obtenção das funções de resposta em freqüência comparando-a com outras empregadas em equipamentos comerciais, bem como a influência de fatores no processo de convergência do algoritmo, como o grau de não linearidade, a qualidade do sinal medido e a importância da escolha do sinal para a identificação dos sistemas / Abstract: Laboratory simulation testing in the automotive industry is carried out considering information acquired from vehicle urban routes testing. Due to the non-linearity of the vehicle mechanical systems, the output measuring collected from routes on specific points, does not mean the knowledge of the input signal excitation which it is submitted. The present study focuses on the development of an iterative algorithm that knowing the output signals measured, it is able to search for the input excitations, so given subsidies to reproduce events of the urban route, with its load amplitude and its frequencies. The methodology is based on the frequency response function of simple linear models and on the development of input signal, which is capable to reproduce the same measured responses of non-linear system. The developed algorithm was validated with simulations on linear and non linear system with one, two and four degrees of freedom. Making use of the Schroeder identification signal, it was possible to estimate input forces with an error lower than 1,0%, for linear and non-linear systems with two degrees of freedom. In the case of four degrees of freedom the algorithm converges to estimate input force with a tolerance of error lower than 1,5%, using multissine identification signal. A discussion about the methodology used to obtain the frequency function response is carried out, comparing it with others found in commercial test equipments, as well the influence of some factors on the algorithm process of convergence, as the level of the non-linearity of the system, the quality of the acquisition of signal response and the importance of the correct choice of the input signal for the system identification / Mestrado / Dinâmica / Mestre em Engenharia Automobilistica

Orientador: Ernesto Ruppert Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T12:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MendozaLlerena_MariaTeresa_D.pdf: 1988992 bytes, checksum: 5dd20f521a3399d8647dd84af1564344 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O conhecimento dos valores dos parâmetros do modelo matemático dinâmico de geradores síncronos é de fundamental importância para a análise e controle de sistemas de energia elétrica. Os parâmetros elétricos do modelo matemático dinâmico do gerador síncrono, objetos deste trabalho, são as reatâncias síncronas de eixo d e q, as reatâncias transitórias e subtransitórias de eixos d e q e as constantes de tempo transitórias e subtransitórias de circuito aberto e de curto circuito de eixos d e q. Neste trabalho, apresentam-se metodologias de estimação dos parâmetros do modelo dinâmico de um gerador síncrono, no domínio do tempo e da frequência, usando métodos de otimização como o método de Levy, Gauss-Newton, Levenberg-Marquardt e o método Híbrido. Discute-se, particularmente, a metodologia de estimação dos parâmetros elétricos de um gerador síncrono de polos salientes, através dos dados obtidos dos ensaios de resposta em freqüência com rotor em repouso. Os resultados foram obtidos em laboratório, usando um gerador síncrono de 2 kVA, 230 V, 1800 rpm, 60 Hz. Compararam-se estes resultados com os valores dos parâmetros obtidos em ensaios de curto circuito trifásico brusco e de rejeição de carga / Abstract: The knowledge of the parameter values of synchronous generator dynamic mathematical model has fundamental importance for the analysis and control of power systems. The electrical parameters of synchronous generator dynamic mathematical model, that are the object of this work, are the synchronous reactances in the axis d and q, the transient and subtransient time constants in the axis d and q in open circuit and short circuit. In this work, it is presented methodologies for parameters estimation of a dynamic model of synchronous generator, in the time domain and frequency domain, using optimization methods like the method of Levy, Gauss-Newton, Levenberg-Marquardt, and Hybrid method. It is discussed, particularly, the methodology for estimating the electrical parameters of a salient pole synchronous generator, using data obtained by the frequency response test. The results were obtained in the laboratory using a, 2 kVA, 230 V, 1800 rpm, 60 Hz synchronous generator and compared with the parameter values obtained in tests of short-circuit and load rejection / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Frequency response analysis (FRA) of transformers is universally accepted as a highly sensitive tool to detect deformations in its windings. This is evident from the fact that customized commercial equipment (popularly called FRA or SFRA instruments) are used and recently the IEEE has issued a draft trial-use guide. Nevertheless, use of FRA is still limited to only detection and there is little progress towards its use for localization of winding deformation. Toward this end, a possible approach would be to compare the healthy and deformed systems in a suitable domain, e.g., their respective models could be compared. In this context, the mutually-coupled ladder network is ideally suited because not only does it map the length of the winding to sections of the ladder network, but, also inherently captures all subtle intricacies of winding behaviour under lightning impulse excitations insofar as the terminal response, internal oscillations and voltage distributions are concerned. The task of constructing a ladder network from frequency response is not trivial, and so exploration of newer methods is imperative. A system can comprehensively be characterized by its frequency response. With this as the starting point, many approaches exist to construct the corresponding rational function (in s-domain). But, the subsequent step of converting this rational function into a physically-realizable mutually-coupled ladder network has, as yet, remained elusive. A critical analysis of the circuit synthesis literature reveals that there exists no analytical procedure to achieve this task, a fact unequivocally stated by Guillemin in his seminal book "Synthesis of Passive Networks". In recent years, use of iterative methods to synthesize such ladder networks has also been attempted with some degree of success. However, there exists a lot of scope for improvement. Based on this summary, the objectives of this thesis are as follows- _ Development of an analytical procedure, if possible, to synthesize a mutually-coupled ladder network starting from the s-domain representation of the frequency response _ Construction of a nearly-unique, mutually-coupled ladder network employing constrained optimization technique and using frequency response as input, with time-efficiency, physical realizability and repeatability as its features In Chapter 2, analytical solution is presented to convert a given driving-point impedance function (in s-domain) into a physically-realizable ladder network with inductive couplings (between any two sections) and losses considered. The number of sections in the ladder network can vary, but, its topology is assumed fixed. A study of the coefficients of the numerator and denominator polynomials of the driving-point impedance function of the ladder network, for increasing number of sections, led to the identification of certain coefficients, which exhibit very special properties. Generalized expressions for these specific coefficients have also been derived. Exploiting their properties, it is demonstrated that the synthesis method essentially turns out to be an exercise of solving a set of linear, simultaneous, algebraic equations, whose solution directly yields the ladder network elements. The proposed solution is novel, simple, and guarantees a unique network. Presently, the formulation can synthesize a unique ladder network up to 6-sections. Although it is an analytical solution, there are issues which prevent its implementation with actual FRA data. Keeping the above aspect in mind, the second part of the thesis presents results of employing an artificial bee colony search algorithm for synthesizing a mutuallycoupled lumped-parameter ladder network representation of a transformer winding, starting from its measured magnitude frequency response. The bee colony algorithm is modified by defining constraints and bounds to restrict the search-space and thus ensure synthesis of a nearly-unique ladder network, corresponding to each frequency response. Ensuring near-uniqueness while constructing the reference circuit (i.e., a uniform healthy winding) is the objective. The proposed method is easy to implement, time-efficient, ensures physical realizability and problem associated with supply of initial guess in existing methods is circumvented. Experiments were performed on two types of actual, single, isolated transformer windings (continuous-disc and interleaveddisc) and the results are encouraging. Further details are presented in the thesis.

Structural Health Monitoring (SHM) techniques are widely used in a number of Non – destructive Evaluation (NDE) applications. There is a need to develop effective techniques for SHM, so that the safety and integrity of the structures can be improved. Two most widely used SHM methods for plates and rods use either the spectrum of the impedances or monitor the propagation of lamb waves. Piezoelectric wafer – active sensors (PWAS) were used for excitation and sensing. In this study, surface response to excitation (SuRE) and Lamb wave propagation was monitored to estimate the integrity of the round objects including the pipes, tubes and cutting tools. SuRE obtained the frequency response by applying sweep sine wave to surface. The envelope of the received signal was used to detect the arrival of lamb waves to the sensor. Both approaches detect the structural defects of the pipes and tubes and the wear of the cutting tool.

My diploma thesis deals with the basic principle of the frequency inverter and his construnction. In the next section are analyze the basic properties and characteristics of the using equipment. The main part of this thesis is to investigate the dynamic properties of asynchronous electric motor controlled by a frequency inverter using STARTER. The results of experiments are compared and analyzed.