No description available.

Les societats modernes plantegen nous reptes que demanden noves maneres de tractar els projectes d'enginyeria. Els enginyers han d'afrontar aquests reptes i desenvolupar solucions òptimes i eficients pels problemes clàssics i nous. Els diferents avenços produïts en la tecnologia hi poden ajudar, però una nova manera de tractar els problemes enginyerils és també necessària, no considerant únicament les diferent especialitats de l'enginyeria aïlladament. En aquest context, podem parlar de la creació d'una nova filosofia de fer enginyeria: la Mecatrònica. La Mecatrònica s'ha definit com l'aplicació de decisions complexes a l'operació de sistemes físics. La Mecatrònica ha estat també definida com la integració o sinergia de diferents disciplines de l'enginyeria. Aquestes disciplines inclouen l'enginyeria mecànica, l'enginyeria elèctrica, l'enginyeria electrònica, l'enginyeria de control, les comunicacions industrials i l'enginyeria de software. No obstant, la importància del concepte no està únicament en la definició sinó a la filosofia que hi ha al fons. És important de veure, que la Mecatrònica no és només la suma dels resultats de diferents disciplines, sinó la filosofia enginyeril per afrontar els problemes com un de sol, fent servir les eines que subministren les diferents disciplines. La present tesi es divideix en dos parts que tracten problemes de diferent natura. La primera part es titula Regles de disseny i modelat d'actuadors per l'optimització de sistemes mecatrònics i es centra en proporcionar un anàlisis detallat de diferents actuadors utilitzant un procediment general, orientat a millorar el disseny de l'actuador. S'introdueix una nova metodologia per analitzar actuadors lineals electromagnètics i hidràulics modelitzant la seves magnituds mecàniques (força, treball i desplaçament) com a funcions de la geometria i les propietats del material, estudiant l'escalabilitat (en el sentit de produir la mateixa distribució de tensions i deformacions per diferents mides). La motivació de realitzar aquest treball neix de la necessitat d'estructures i sistemes lleugers i de volum reduït, que han de ser integrats en el procediment de disseny el més aviat possible. Per tant, s'estudien les relacions geomètriques, les proporcions i les propietats dels materials que maximitzen les magnituds mecàniques de sortida dels actuadors per un volum i pes limitat, així com l'escabilitat per la seva posterior integració en estructures. Els resultats són validats mitjançant anàlisi dimensional de les expressions obtingudes i comparant els resultats numèrics amb dades d'actuadors industrials. Es considera el comportament estàtic de diferents classes d'actuadors, incloent actuadors hidràulics i electromagnètics lineals. La segona part es titula Identificació i Control d'Actuadors Piezoelèctrics. Els actuadors piezoelèctrics estan demostrant ser una solució fiable per moltes aplicacions, des del microposicionament (màquines eina, dispositius òptics o microscopis moderns) al control actiu d'estructures. La principal motivació de la segona part de la tesis és aprofundir en models per representar el comportament histerètic dels actuadors piezoelèctrics per posteriorment aplicar els models al desenvolupament de controladors pels sistemes histerètics. Es desenvolupa inicialment un estudi general dels actuadors piezoelèctrics per després tractar la seva modelització. Degut a l'elevat comportament no-lineal observat es necessita un model d'histèresis. El model de Bouc-Wen ha estat escollit i s'ha treballat en la identificació dels paràmetres del model i la seva validació. Un cop el sistema ha estat modelat, s'olinebreak ha dissenyat un nou controlador lineal i s'ha implementat en una plataforma experimental utilitzant un DSP (Processador digital de senyal). Encara que les dues parts estan clarament diferenciades, la unitat de la tesis pot ser trobada a les arrels de la Mecatrònica. La tesis tracta la resposta a una sola pregunta: Com podem millorar un sistema mecatrònic? No obstant, la resposta és doble: Dissenyant i modelant actuadors òptims considerant el sistema o estructura complet i controlant el sistema adequadament fent servir els models desenvolupats. / Fast changing societies come up with new challenges that require new engineering approaches. Engineers have to face such challenges and provide novel and more efficient solutions to classical and new problems. This can be done by using different relevant advances produced in technology. Furthermore, a new way of addressing the engineering problems has to be applied, not considering only isolated engineering specialties. In this frame, we can talk about the creation of a new engineering philosophy: Mechatronics. Mechatronics has been defined as the application of complex decision making to the operation of physical systems. Mechatronics has been also defined as the integration or synergy of different engineering disciplines. Such disciplines may include Mechanical Engineering, Electrical Engineering, Electronics Engineering, Control Engineering, Industrial Communications and Software Engineering. Nevertheless, the importance of the concept does not lie only in the definition but in the philosophy behind it. It is very important to note that Mechatronics is not only the sum of the results of the different disciplines, but the engineering philosophy to face engineering problems as a whole, employing the tools provided by the different disciplines. The present thesis has been divided in two parts that deal with problems of different nature. The first part is titled Design Rules and Actuator Modeling for the Optimization of Mechatronic Systems and focuses on providing the detailed analysis of different actuators using a general procedure and oriented towards improving the actuator design. It introduces a new methodology to analyze linear electromagnetical and hydraulic actuators by modeling their maximum output mechanical quantities (force, work and stroke) as functions of the geometry and material properties and discusses the scalability (in the sense of producing the same stress and strain distribution for different sizes). The motivation to undertake such a work stems from the need for light and volume reduced structures and systems, which are to be integrated in the design procedure as early as possible. Hence, the geometric relationships, aspect ratios and material properties that maximize the actuator output quantities with a certain limited volume or weight, along with their scalability for the integration in structures are studied. A validation of the results is done by performing dimensional analysis of the expressions obtained and comparing numerical results with industrial actuator data. The static behavior of different classes of actuators is considered. Such actuators include linear hydraulic and electromagnetic actuators. The second part is titled Identification and Control of Piezoelectric Actuators}. Piezoelectric actuators are proving to be a reliable solution for many engineering applications, ranging from micro-positioning (machine tools, optic devices or modern microscopes) to active control of structures. The main motivation of this thesis part is to delve into models to represent the hystereticbehavior of piezoelectric actuators in order to apply them to the conception of controllers for such hysteretic systems. A general study of piezoelectric actuators is performed to later deal with the modeling of such actuators. Due to the high non-linear behavior observed, the problem of identifying and modeling the actuator requires a hysteresis model. The Bouc-Wen model has been chosen and investigations to identify its parameters and to validate the model have been undertaken. Once the system has been identified, a linear controller has been designed and implemented in a real platform, employing a DSP (Digital Signal Processor). Although the two parts are clearly differentiated, the thesis unity can be found in the roots of Mechatronics. The thesis deals with the response to one single question: How can we improve a mechatronic system? However, the answer is twofold: By designing and modeling optimum actuators taking into account the whole system or structure and by controlling the system appropriately using developed models.

Objetivo: Investigar as alterações biomecânicas da córnea de suínos induzidas pela confecção de lamelas pediculadas de diferentes espessuras pelo laser de femtossegundo. Métodos: Para a formação dos dois grupos, 12 olhos de porcos foram usados: lamelas pediculadas de 100 e de 300 micrômetros confeccionadas pelo laser de femtossegundo. Cada olho foi submetido aos seguintes exames, antes da criação das lamelas: topografia por rasterstereography, Ocular Response Analyzer (ORA), tomografia do segmento anterior por coerência óptica para a avaliação paquimétrica corneal e das lamelas criadas e sistema de velocidade de onda (SVO), que mede a velocidade de propagação de ondas acústicas entre dois transdutores posicionados na superfície corneal antes e imediatamente, após a feitura da lamela. O primerio passo foi desenhado para o estudo das diferenças em relação à histerese corneal, fator de resistência corneal, mudanças na curvatura e velocidade de propagação de onda acústica entre córneas com lamelas finas e espessas. Posteriormente, as lamelas foram amputadas, e as medidas do sistema de velocidade de onda foram repetidas. Resultados: A média de espessura das lamelas ± desviopadrão (DP) foi de 108,5±6,9 (8,5% da espessura total) e 307,8±11,5 m (22,9% da espessura total), para os grupos de lamelas finas e espessas, respectivamente (p< 0,001). Histerese corneal e o fator de resistência corneal não apresentaram diferença estatística, após a criação de lamelas finas (p = 0,81 e p = 0,62, respectivamente). Histerese corneal foi significantemente mais baixa, depois da confecção de lamelas mais espessas (8,0±1,0 para 5,1±1,5 mmHg para medidas pré e pós-operatórias, respectivamente, p = 0,003, diminuição de 36,25%) e fator de resistência corneal também mostrou significante diminuição nesse grupo, após o procedimento cirúrgico; valores médios pré e pós-operatórios de 8,2±1,6 e 4,1±2,5 mmHg respectivamente (p= 0,007), diminuição de 50%. A ceratometria média simulada apresentou maiores valores, após a confecção das lamelas mais espessas em relação ao pré-operatório (ceratometria pré e pós-operatória de 39,5±1 D e 45,9±1,2 D, respectivamente, p= 0,003). Para o grupo de lamelas finas, não houve diferença estatisticamente significante (ceratometria pré e pós-operatória de 40,6±0,6 D e 41,4±1,0 D, respectivamente, p=0,55). Em relação ao Sistema de Velocidade de Onda, após a criação das lamelas e sua amputação, houve diminuição da velocidade de propagação acústica, embora na maior parte das posições não fosse estatisticamente significante. Conclusão: Nas condições experimentais estabelecidas por este estudo, a criação de lamelas de maior espessura pareceu exercer efeito mais relevante sobre a biomecânica da córnea de suínos / Purpose: To study the impact of programmed flaps at two different thicknesses on the biomechanical properties of the swine corneas. Methods: Twelve pig eyes were enrolled in this study and were formed two groups: 100m and 300 m flaps performed with the femtosecond laser. Each eye had the following procedure before the flap creation: raster photograph topographic maps, Ocular Response Analyzer (ORA), Optical Coherence Tomography to measure the pachymetry and flap thickness and Surface Wave Velocity system which is a prototype system that measures sonic wave propagation time between two transducers positioned on the corneal surface before and after flap creation. This first step was designed to investigate the differences in respect to corneal hysteresis, corneal resistance factor, curvature change and ultrasonic wave propagation between the groups with thinner and thicker flaps. After this initial procedure, flap amputation was performed and new measurements with the surface wave velocity system were taken again. Results: Measured flap thicknesses averaged 108.5±6.9 (8.5% of the total cornea) and 307.8±11.5 m (22.9% of the total cornea) for thin and thick flap groups, respectively (p< 0.001). Hysteresis and corneal resistance factor did not change significantly after flap creation in the thin flap group (p = 0.81 and p = 0.62, respectively). With thicker flaps, both parameters decreased significantly from 8.0±1.0 to 5.1±1.5 mmHg (p=0.003, reduction of 36.25%) and from 8.2±1.6 to 4.1±2.5 mmHg, respectively (p = 0.007), reduction of 50%. Simulated keratometry values increased in the thick flap group (from 39.5±1 D to 45.9±1.2 D, p=0.003) after flap creation and not in the thin flap group (from 40.6±0.6D to 41.4±1.0D, p= 0.55). Regarding surface wave velocity analysis, the surgical procedures induced lower values in some positions although most of them did not present statistically different results. Conclusion: In this experimental model, thicker flaps seemed to have a greater effect on the biomechanics of the swinish cornea

Objetivo: Investigar as alterações biomecânicas da córnea de suínos induzidas pela confecção de lamelas pediculadas de diferentes espessuras pelo laser de femtossegundo. Métodos: Para a formação dos dois grupos, 12 olhos de porcos foram usados: lamelas pediculadas de 100 e de 300 micrômetros confeccionadas pelo laser de femtossegundo. Cada olho foi submetido aos seguintes exames, antes da criação das lamelas: topografia por rasterstereography, Ocular Response Analyzer (ORA), tomografia do segmento anterior por coerência óptica para a avaliação paquimétrica corneal e das lamelas criadas e sistema de velocidade de onda (SVO), que mede a velocidade de propagação de ondas acústicas entre dois transdutores posicionados na superfície corneal antes e imediatamente, após a feitura da lamela. O primerio passo foi desenhado para o estudo das diferenças em relação à histerese corneal, fator de resistência corneal, mudanças na curvatura e velocidade de propagação de onda acústica entre córneas com lamelas finas e espessas. Posteriormente, as lamelas foram amputadas, e as medidas do sistema de velocidade de onda foram repetidas. Resultados: A média de espessura das lamelas ± desviopadrão (DP) foi de 108,5±6,9 (8,5% da espessura total) e 307,8±11,5 m (22,9% da espessura total), para os grupos de lamelas finas e espessas, respectivamente (p< 0,001). Histerese corneal e o fator de resistência corneal não apresentaram diferença estatística, após a criação de lamelas finas (p = 0,81 e p = 0,62, respectivamente). Histerese corneal foi significantemente mais baixa, depois da confecção de lamelas mais espessas (8,0±1,0 para 5,1±1,5 mmHg para medidas pré e pós-operatórias, respectivamente, p = 0,003, diminuição de 36,25%) e fator de resistência corneal também mostrou significante diminuição nesse grupo, após o procedimento cirúrgico; valores médios pré e pós-operatórios de 8,2±1,6 e 4,1±2,5 mmHg respectivamente (p= 0,007), diminuição de 50%. A ceratometria média simulada apresentou maiores valores, após a confecção das lamelas mais espessas em relação ao pré-operatório (ceratometria pré e pós-operatória de 39,5±1 D e 45,9±1,2 D, respectivamente, p= 0,003). Para o grupo de lamelas finas, não houve diferença estatisticamente significante (ceratometria pré e pós-operatória de 40,6±0,6 D e 41,4±1,0 D, respectivamente, p=0,55). Em relação ao Sistema de Velocidade de Onda, após a criação das lamelas e sua amputação, houve diminuição da velocidade de propagação acústica, embora na maior parte das posições não fosse estatisticamente significante. Conclusão: Nas condições experimentais estabelecidas por este estudo, a criação de lamelas de maior espessura pareceu exercer efeito mais relevante sobre a biomecânica da córnea de suínos / Purpose: To study the impact of programmed flaps at two different thicknesses on the biomechanical properties of the swine corneas. Methods: Twelve pig eyes were enrolled in this study and were formed two groups: 100m and 300 m flaps performed with the femtosecond laser. Each eye had the following procedure before the flap creation: raster photograph topographic maps, Ocular Response Analyzer (ORA), Optical Coherence Tomography to measure the pachymetry and flap thickness and Surface Wave Velocity system which is a prototype system that measures sonic wave propagation time between two transducers positioned on the corneal surface before and after flap creation. This first step was designed to investigate the differences in respect to corneal hysteresis, corneal resistance factor, curvature change and ultrasonic wave propagation between the groups with thinner and thicker flaps. After this initial procedure, flap amputation was performed and new measurements with the surface wave velocity system were taken again. Results: Measured flap thicknesses averaged 108.5±6.9 (8.5% of the total cornea) and 307.8±11.5 m (22.9% of the total cornea) for thin and thick flap groups, respectively (p< 0.001). Hysteresis and corneal resistance factor did not change significantly after flap creation in the thin flap group (p = 0.81 and p = 0.62, respectively). With thicker flaps, both parameters decreased significantly from 8.0±1.0 to 5.1±1.5 mmHg (p=0.003, reduction of 36.25%) and from 8.2±1.6 to 4.1±2.5 mmHg, respectively (p = 0.007), reduction of 50%. Simulated keratometry values increased in the thick flap group (from 39.5±1 D to 45.9±1.2 D, p=0.003) after flap creation and not in the thin flap group (from 40.6±0.6D to 41.4±1.0D, p= 0.55). Regarding surface wave velocity analysis, the surgical procedures induced lower values in some positions although most of them did not present statistically different results. Conclusion: In this experimental model, thicker flaps seemed to have a greater effect on the biomechanics of the swinish cornea

Orientador: Masayoshi Tsuchida / Banca: José Manoel Balthazar / Banca: Waldemar Donizete Bastos / Resumo: Nesta dissertação vamos fazer uma análise do sistema pêndulo eletromecânico utilizando a teoria de perturbações através dos métodos da média e múltiplas escalas. Nosso objetivo é obter soluções analáticas aproximadas para o sistema e fazer análise dos casos de ressonâncias internas, alám de estudar a estabilidade dos estados estacionários. O sistema pêndulo eletromecânico tem uma dinâmica muito rica, pois apresenta curvas características dos efeitos de histerese, fenômenos de saltos nas amplitudes dos movimentos realizáveis, curvas com características mole e dura ("softening e hardening") e, além disso, diversas ressonâncias internas. Devido a complexidade das equações do sistema pêndulo eletromecânico, elas são difíceis de serem tratadas analíticamente, já que existe iteração ressonante entre as três partes (bloco, motor e pêndulo), e não podemos restringir o estudo das interações ressonantes à apenas duas partes e desprezar a outra parte. Neste trabalho analisamos o caso em que existe interação ressonante entre o bloco e o motor, mas sem interação ressonante com o pêndulo, mas, no entanto, sem desprezar os efeitos do movimento do pêndulo. Em seguida, discutimos a possibilidade de efeitos de saltos nas amplitudes dos movimentos realizáveis, apresentamos alguns pontos onde o sistema perde a estabilidade, já que a discuss~ao sobre comportamento geral do sistema érestrito a variedade central, e analisamos a estabilidade dos pontos fixos tomando como exemplo o estudo feito por Kononenko. A estabilidade dos pontos fixos do sistema é feita pela utilização do critério R-H, juntamente com a teoria da variedade central já que, no caso analisado, existe auto valor zero / Abstract: In this work we study the eletromechanical pendulum system with pertubation theory. We use the average method and the multiple scales method to get a approximate analytic solution for the problem, and analyse the various internal resonances and the stationary states stability. The eletromechanical pendulum is a very complex dynamical system and it shows very interesting e®ects such as histeresis, jump phenomenon, curves of hardening and softening type and, also, various kinds of internal resonances. The equations of the system are very complicated and so they are very hardy to study in an analytic way, because there is resonant interaction between the three components parts of the system and we can't restrict our study to interactions of just two parts of the system. In this work we analyse the case of resonant interaction between the block and the load without resonant interaction between the block and pendulum, but taking in account the pendulum e®ects. We treat the possibility of jump phenomenon, some points where the system loose stability are localized, and we analyse the stability of the stationary states as done by Kononenko. The analysis of stability of the stationary states is done by Routh-Hurwtiz criterion(R- H criterion) and center manifold, because the Jacobian matrix has an eigenvalue with zero real part / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-16Bitstream added on 2014-06-13T20:35:10Z : No. of bitstreams: 1 santos_jpm_me_sjrp.pdf: 844657 bytes, checksum: 7654e161686ed9a1d510f7e165e7627a (MD5) / Nesta dissertação vamos fazer uma análise do sistema pêndulo eletromecânico utilizando a teoria de perturbações através dos métodos da média e múltiplas escalas. Nosso objetivo é obter soluções analáticas aproximadas para o sistema e fazer análise dos casos de ressonâncias internas, alám de estudar a estabilidade dos estados estacionários. O sistema pêndulo eletromecânico tem uma dinâmica muito rica, pois apresenta curvas características dos efeitos de histerese, fenômenos de saltos nas amplitudes dos movimentos realizáveis, curvas com características mole e dura (softening e hardening) e, além disso, diversas ressonâncias internas. Devido a complexidade das equações do sistema pêndulo eletromecânico, elas são difíceis de serem tratadas analíticamente, já que existe iteração ressonante entre as três partes (bloco, motor e pêndulo), e não podemos restringir o estudo das interações ressonantes à apenas duas partes e desprezar a outra parte. Neste trabalho analisamos o caso em que existe interação ressonante entre o bloco e o motor, mas sem interação ressonante com o pêndulo, mas, no entanto, sem desprezar os efeitos do movimento do pêndulo. Em seguida, discutimos a possibilidade de efeitos de saltos nas amplitudes dos movimentos realizáveis, apresentamos alguns pontos onde o sistema perde a estabilidade, já que a discuss~ao sobre comportamento geral do sistema érestrito a variedade central, e analisamos a estabilidade dos pontos fixos tomando como exemplo o estudo feito por Kononenko. A estabilidade dos pontos fixos do sistema é feita pela utilização do critério R-H, juntamente com a teoria da variedade central já que, no caso analisado, existe auto valor zero / In this work we study the eletromechanical pendulum system with pertubation theory. We use the average method and the multiple scales method to get a approximate analytic solution for the problem, and analyse the various internal resonances and the stationary states stability. The eletromechanical pendulum is a very complex dynamical system and it shows very interesting e®ects such as histeresis, jump phenomenon, curves of hardening and softening type and, also, various kinds of internal resonances. The equations of the system are very complicated and so they are very hardy to study in an analytic way, because there is resonant interaction between the three components parts of the system and we can't restrict our study to interactions of just two parts of the system. In this work we analyse the case of resonant interaction between the block and the load without resonant interaction between the block and pendulum, but taking in account the pendulum e®ects. We treat the possibility of jump phenomenon, some points where the system loose stability are localized, and we analyse the stability of the stationary states as done by Kononenko. The analysis of stability of the stationary states is done by Routh-Hurwtiz criterion(R- H criterion) and center manifold, because the Jacobian matrix has an eigenvalue with zero real part