Orientador: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Jean Marcos de Souza Ribeiro / Banca: Cristiano Quevedo Andrea / Resumo: O principal objetivo do trabalho é explorar a técnica de controle robusto com Modos Deslizantes para a acomodação e atenuação de uma falha no sinal de controle de um helicóptero. Foram projetados dois controladores, o Controle com Estrutura Variável e Modos Deslizantes contínuo no tempo (CEV/MD), e o segundo é o Controle Discreto com Modos Deslizantes (CDMD). Foi usado um modelo matemático não linear que representa um simulador de voo (Helicóptero 3-DOF da Quanser R ), que é um equipamento útil para o ensino, aplicação e desenvolvimento de técnicas de controle robusto. Os resultados experimentais obtidos, fazem uma comparação entre o controle contínuo e o controle discreto. Para que essa comparação seja feita foi inserida uma falha no sinal de controle. Mesmo diante das diferenças na resposta do sinal de controle, entre os controladores, o sistema teve um bom desempenho quando controlado pelo CEV/MD e CDMD, mostrando assim a eficiência da técnica de controle com Modos Deslizantes / Abstract: The main objective of this work is the exploration of the robust control technique with Sliding Mode (VSC-SM) for fault accommodation and attenuation in an aircraft's propulsion system. Two controllers were designed, Variable Structure Control with Sliding Mode (VSCSM) and Discrete Control with Sliding Modes (DCSM). For that, it was used a mathematical model of a flight Simulator of a Quanser's helicopter, named as 3-DOF Helicopter, which is an excellent module for teaching, application and development of robust control techniques. The results obtained in digital simulations show great performance of the system in fault when controlled by VSC-SM and DCSM / Mestre

Orientador: José Manoel Balthazar / Banca: Angelo Marcelo Tusset / Banca: Bento Rodrigues de Pontes Junior / Resumo: Nos últimos anos, a pesquisa sobre captura de energia, tem aumentado substancialmente. Muitos pesquisadores têm concentrado seus esforços em encontrar a melor configuração para estes sistemas e para otimizar sua potência de saída. No processo de captura de energia, a energia elétrica é obtida através da conversão de energia mecânica, criado por uma fonte de vibração do ambiente através de um transdutor, por exemplo, um fino filme piezocerâmico. Diferentes mecanismos de acoplamento eletromecânico têm sido desenvolvidos para dispositivos de captura, e um interesse particular tem sido dado ao uso de modelos que transformam a vibração mecânica em corrente elétrica utilizando um elemento piezoelétrico. Neste trabalho, foi proposto um modelo de captura de energia de vibrações, incluindo não-linearidades no acoplamento piezoelétrico e uma excitação não-ideal. Demonstrou-se que a potência capturada foi influenciada pelo efeito das não-linearidades do acoplamento piezoelétrico, alterando o comportamento dinâmico do sistema. Com o acoplamento fraco, um comportamento caótico foi encontrado causando instabilidade. Com o aumento do acoplamento ocorreu um aumento da energia capturada até um certo limite onde o aumento da não-linearidade teve um efeito amortecimento sobre as vibrações não-lineares da estrutura causando a perda de energia. Realizando simulações numéricas o comportamento do modelo foi analisado através dos expoentes de Lyapunov, retratos de fase, históricos de deslocamentos no tempo onde um comportamento caótico também foi observado, causando a perda de energia ao longo do tempo de simulação. Usando uma técnica de perturbação, foi encontrada uma solução analítica aproximada para o sistema não-ideal. Então, aplicou-se três técnicas de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In recent years, research on energy harvesting, has increased substantially. Many researchers have concentrated their efforts on finding the best configuration for these systems and to optimize its power output. In the process of energy harvesting, electric power is obtained by converting mechanical energy created by a vibration source from the environment through a transducer, for example, a thin film piezoceramic. Different mechanisms of electromechanical coupling devices have been developd to harvesting, and a particular interest has been given to the use of models that tranform the mechanical vibration into electrical current using a piezoelectric element. In this paper we propose a model to energy harvesting from vibrations, including non-linearities in the piezoelectric doupling and a non-ideal excitation. It was demonstrated that the power captured was influenced by the effect of the nonlinearities of the piezoelectric coupling, modifying the dynamic behavior of the system. With a weak coupling, a chaotic behavior was found causing instability. With the increase of the coupling has ocurred an increase in the energy captured until a limit, where the increase of non-linearity has a damping effect on vibrations of the non-linear structure causing the loss of energy. Performing numerical simulations the behavior of the model was analyzed using the Lyapunov exponents, phase portraits, historical displacements in time where a a chaotic behavior was also observed, causing the loss os energy throughout the simulation time. Using a perturbation technique, found an approximate analytical solution for the non-ideal system. Then, we applied three control techniques to maintain the proposed system in a stable condition. Both the method of equations of state-dependent Riccati (SDRE), the method (LQR) and the feedback... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Resumo: Este trabalho tem como propósito utilizar técnicas de controle robusto para atenuação ativa de vibração mecânica em estruturas acopladas a atuadores e sensores piezelétricos. Os controladores são projetados segundo o enfoque de otimização convexa, com os requisitos envolvendo desigualdades matriciais lineares (LMIs). A proposta é ilustrar duas sínteses diferentes de realimentação via LMIs. A primeira é o projeto de controladores por realimentação de estados, estimados por um observador, considerando incertezas paramétricas do tipo politópicas. A segunda metodologia é baseada no controle H8 via realimentação do sinal de saída, considerando incertezas dinâmicas limitadas por norma. Os sensores/atuadores são posicionados em pontos ótimos utilizando-se a norma H8 como índice de desempenho. Os modelos matemáticos utilizados na síntese dos controladores foram obtidos a partir do método dos elementos finitos considerando o acoplamento eletromecânico entre os atuadores/sensores e a estrutura base ou a partir de métodos de identificação. Neste contexto, este trabalho também discute e exemplifica o algoritmo de realização de autosistemas (ERA). Três exemplos são solucionados para exemplificar a metodologia implementada: uma estrutura tipo placa, uma viga engastada-livre e a supressão ativa de flutter em um aerofólio 2-D, problema de grande interesse na indústria aeronáutica. Os resultados mostraram uma significante atenuação da vibração estrutural na faixa de freqüência de interesse e o atendimento dos requisitos impostos na fase de projeto. / Abstract: The proposal of this work is to use robust control techniques in order to suppress mechanical vibration in structures with pieozoelectric sensors and actuators coupled. The controllers are designed by convex optimization and the constraints are dealt through linear matrix inequalities (LMIs) frameworks. Two different methodologies to feedback the system by using LMIs are explained. The first one is the observer-based state-feedback considering polytopic uncertainties. The second one is the H output feedback control considering norm-bound uncertainties. The sensors/actuators are located in optimal placements by using H norm as performance index. The mathematical models used in the controller design were obtained by finite element methods considering eletromechanical effects between the host structure and piezoelectric sensors/actuators patches or by using identification methods. In this sense, it is also discussed the eigensystem realization algorithm (ERA). Three different applications are proposed and solved in order to illustrate the applicability of the methodology: a cantilever plate; a cantilever beam; and an active flutter suppression in a 2-D airfoil, a problem of considered interest in the aeronautic industry. The results showed the vibration suppression in the bandwidth of interest when submited to the requirements imposed by practical situations. / Orientador: Vicente Lopes Junior / Coorientador: Edvaldo Assunção / Banca: Vicente Lopes Junior / Banca: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: Edilson Hiroshi Tamai / Mestre