Este estudo desenvolve um conceito para projetar e fabricar próteses armazenadoras de energia tentando simplificar o processo produtivo destas próteses. Este conceito contém três passos básicos: identificação de parâmetros de projeto, análise computacional e testes. Os parâmetros mais relevantes e os compromissos de projeto utilizados são descritos em detalhe. O comportamento não linear da prótese bem como os resultados de análise via elementos finitos são mostrados, bem como os resultados de testes de campo e em laboratório. A metodologia proposta foi aplicada com sucesso para a produção de protótipos utilizando materiais compósitos. Conclusões são mostradas e sugestões de trabalhos futuros são mostradas.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Capa.pdf: 100296 bytes, checksum: 85da33d7d5aa32b41734416b7ba82f1a (MD5) Previous issue date: 2009-09-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Numerical simulation of metal forming processes requires a constitutive model, which depends upon adequate material parameters. A direct determination of material parameters usually admits homogeneous stress and strain states in the specimen, thereby narrowing the application range to moderate deformations or even compromising accuracy in some industrial applications. Therefore, a combined experimental and numerical technique based on optimisation strategies is recommended. Such method is generally known as parameter identification and produces stress states close to those to be verified in industrial operations. In this work, a parameter identification technique based upon deep drawing experiments is presented. Sensitivity analysis is performed using a modified finite difference method, and the optimization itself is developed using quadratic programming. Sensitivity results using the classical and the modified finite difference methods are studied and compared, especially with respect to the application of automatic or imposed step increments. It is observed that the modified method yields a more effective behaviour with respect to the automatic time step strategy, allowing use of a wider range of penalization factors and attaining greater efficiency. Several identification problems are presented showing qualitative agreement with related research in the literature. Difficulties arise in the simultaneous determination of multiple material parameters, due to typical flat regions or to the presence of local minima in the design space, suggesting future combination of the presented approach with evolutionary algorithms. / Toda simulação numérica de um processo de conformação mecânica requer um modelo constitutivo, que depende de parâmetros materiais adequados. Muitas vezes a determinação direta dos parâmetros materiais admite um estado homogêneo de tensão e deformação no corpo de prova, provocando um estreitamento na sua faixa de aplicação as situações onde ocorrem deformações moderadas ou então comprometendo a precisão dos resultados em algumas aplicações industriais. Portanto, uma combinação entre as técnicas numérica e experimental utilizando técnicas de otimização é recomendada. Esta estratégia é geralmente conhecida como identificação de parâmetros e produz estados de tensão próximos ao verificado nas operações industriais. Neste trabalho é apresentada a técnica de identificação de parâmetros baseado num processo de estampagem profunda. A análise de sensibilidade é avaliada utilizando um método de diferenças finitas modificado e o processo de otimização utiliza programação quadrática seqüencial. Estudam-se os resultados de análise de sensibilidade utilizando os métodos de diferenças finitas tradicional e modificado, sujeitos a incrementos de tempo automático e imposto. Observa-se que a aplicação do método modificado fornece maior eficácia na aplicação da estratégia de incremento de tempo automática, além de permitir o uso de uma faixa mais ampla de fatores de penalização para o contato e de resultar em maior eficiência numérica. Vários problemas de identificação são apresentados, mostrando concordância qualitativa com os resultados disponíveis em publicações da literatura correlata. Dificuldades são encontradas na determinação simultânea de vários parâmetros devido à presença de regiões planas ou de mínimos locais no espaço de projeto, sugerindo a futura combinação da abordagem proposta neste trabalho com algoritmos evolucionários.

Sistemas de levitação eletromagnética são de interesse quando se necessita de tecnologia envolvendo redução de atrito, atuação sem contato físico, máquinas rotativas e trens de alta velocidade. Devido à presença de não linearidades em sua dinâmica, pesquisadores têm dado atenção ao desenvolvimento de controladores mais sofisticados, com o objetivo de melhorar o desempenho desses sistemas. Controladores lineares apresentam limitações na faixa de operação da variável controlada e, geralmente apresentam baixa robustez quando aplicados em sistemas não lineares. O objetivo deste trabalho é desenvolver controladores não lineares com diferentes estruturas e analisá-los quando aplicados em um protótipo do sistema físico. Inicialmente, o sistema é modelado matematicamente através da abordagem fenomenológica. Em seguida, os parâmetros do modelo são identificados através de dados obtidos experimentalmente. Conhecendo bem a dinâmica do sistema através do modelo, são projetados três controladores de diferentes estruturas utilizando simulações computacionais. O primeiro é o PID clássico, controle linear amplamente utilizado em processos industriais. O segundo controlador é um PID com topologia não linear, denominado NPID. Este visa reduzir as limitações encontradas no PID linear, através de funções não lineares em seus termos. O último e mais complexo se trata do controle por modos deslizantes (SMC). Também com estrutura não linear, o SMC possui como característica intrínseca a robustez a variações da planta. Ao final, são realizadas simulações e os controladores avaliados são implementados de maneira digital em um hardware de controle e aplicados em uma planta piloto de levitação eletromagnética. Os resultados de desempenho obtidos permitem avaliar qual topologia de controlador melhor se enquadra diante dessa aplicação. / Electromagnetic levitation systems are of interest when it is necessary the use of technology involving reduction of friction, acting without physical contact, rotating machinery and high speed trains. Due to the nonlinear dynamics, researchers have paid attention to the development of more sophisticated controllers, in order to improve the performance of these systems. Linear controllers have limitations in the operating range of the controlled variable and generally have low robustness when applied to linear systems. The objective of this work is to develop nonlinear controllers with different structures and analyze them, when applied to a prototype of the physical system. Initially the system is modeled mathematically through the phenomenological approach. Then the model parameters are identified by experimentally obtained data. Knowing the dynamic of the system through the model, three different controllers are designed using computer simulations. The first is the classic PID, a linear control widely used in industrial processes. The second controller is a PID with nonlinear topology, called NPID. This controller is intended to reduce the limitations found in the linear PID through non linear functions on its terms. The last and most complex is the sliding mode control (SMC). Also a nonlinear structure, the SMC has the intrinsic characteristic of robustness to variations of the plant. In the end, the simulations are performed and the evaluated controllers are implemented in digital form in a hardware control and applied in a pilot plant of an electromagnetic levitation system. With the performance results it is possible to verify which controller topology best fits this application.

ÉE proposto um novo método de dimensionamento de fios e cabos elétricos em ambiente aeronáutico. O trabalho apresenta quatro partes principais. Primeiramente considera-se a otimização dos atuais sistemas elétricos embarcados, em particular das cablagens elétricas, seguida de uma explanação geral sobre tendências e evolução dos sistemas, além de apresentar alguns conceitos básicos relevantes. Posteriormente, trata-se mais diretamente das normas, requisitos e procedimentos de cálculos, que envolvem o atual método de dimensionamento de capacidade de condução de corrente em fios e cabos elétricos, apresentando-se alguns exemplos básicos e um estudo de caso envolvendo uma aeronave regional hipotética denominada RJX. Em complemento, apresenta-se uma análise crítica e efetuam-se considerações referentes a requisitos de certificação aeronáutica vigentes. Em seguida desenvolve-se o cerne do trabalho, que consiste em propor um novo método de dimensionamento de fios e cabos elétricos através da setorização da aeronave em quatro regiões, além da análise da variação de parâmetros como temperatura e altitude de operação sem, no entanto, alterar o procedimento de cálculo prescrito nas normas ou infringir requisitos de engenharia e de certificação. ÉE proposta uma planilha eletrônica com a finalidade de automatizar o processo de cálculos. Finalmente, apresentam-se os resultados obtidos através da comparação entres os dois métodos, culminando num cálculo de expectativa e redução de peso baseado na aeronave hipotética RJX, o qual aponta para um intervalo onde o provável valor de redução esteja situado. As considerações finais envolvem a análise e interpretação dos resultados obtidos, além de propostas de futuros estudos.

Este trabalho apresenta um pacote computacional, desenvolvido para a identificação de parâmetros de sistemas lineares multivariáveis, representados por equações a diferenças. O pacote possui flexibilidade para a estimação dos parâmetros, na presença de ruídos correlacionados. Os parâmetros são estimados utilizando os algoritmos de Mínimos Quadrados e Mínimos Quadrados Parcionado, em suas versões recursivas. Os dados de entrada/saída podem ser obtidos por simulação ou por aquisição de dados. O pacote permite o emprego da técnica de Monte Carlo para a análise estatística das estimativas. Exemplos de sistemas simulados são exaustivamente testados na validação dos algoritmos. É proposto um esquema, utilizando o pacote, para a obtenção das derivadas de estabilidade e controle de aeronaves.

Emerging applications with strict performance requirements have introduced needs for distinguishing services in computer networks so as to prioritize some applications more important or profitable than others. Actually it is possible to deliver only one service for all kinds of traffic so far, known as Best-effort service. Therefore, some Quality of Service (QoS) models were developed. These models have been used for resource allocation within network elements so that network traffic can be classified or differentiated. This has allowed a better network resources utilization. Nevertheless, it is not sufficient just to allocate resources for applications. We also need to monitor QoS parameters, in order to attest if the desired QoS is the one being provided, since problems with network element frequently happen. Some QoS monitoring tools were already developed, but they are able to detect End-to-end service degradations only. Hence they cannot pinpoint the sources of degradations. This research work proposes the development of QoS$_{PY}$, a SNMP-based distributed monitoring application that uses information from network elements (e.g. routers) to assess QoS. The major contribution of this work is to perform intermediate monitoring to provide means of detecting and locating QoS degradations into the network. In order to verify this contribution, a prototype was deployed and tested with experimental testbeds.

Esta tese examina a identificação paramétrica das derivadas de estabilidade e controle da dinâmica longitudinal de uma aeronave, com a aplicação prática do método de "Maximum Likelihood Estimation" (MLE) e um algoritmo de otimização por Gauss-Newton. A dinâmica longitudinal foi representada por um modelo linear derivado das leis de Newton, obtendo as equações de estado. As equações de saída foram obtidas do modelamento dos sensores usados para medição das grandezas físicas relevantes. O algoritmo e o programa em MATLAB desenvolvidos foram aplicados aos dados práticos obtidos com um vôo na aeronave AT-26 FAB 4516. A aeronave estava equipada com uma instrumentação para medição e gravação dos parâmetros necessários para a identificação paramétrica em questão. Os resultados obtidos foram analisados neste trabalho, e demonstraram a validade prática do método para obtenção das derivadas de estabilidade e controle longitudinal de uma aeronave. O resultado demonstrou ajustamento adequado entre as observações e o modelo identificado.

A robótica móvel autônoma é uma área de pesquisa onde o foco primordial concentra-se na busca incessante de meios que possibilitem a operação de um robô móvel sem a intervenção humana e de um modo mais inteligente possível. Para isso, essa busca pode ser dividida em diferentes ênfases: planejamento de ações, mapeamento de ambiente e localização do robô dentro do mundo em que se encontra. Mais especificamente, o problema de determinação da localização é considerado por alguns como o fator mais importante para capacitar a autonomia de um robô móvel. Muito já foi proposto sobre técnicas de localização, e, dentre as mais recentes, destaca-se o algoritmo de localização Monte Carlo, uma técnica eficiente no que diz respeito à solução dos diversos problemas que abrangem estimação de posição de um robô móvel. O trabalho aqui apresentado tem por objetivo a implementação de um algoritmo de estimação de posição baseado no algoritmo de localização Monte Carlo em conjunto com um Algoritmo Genético. Aqui, a função deste último é minimizar erros acentuados de localização, ocasionados pela deficiência dos modelos probabilísticos que representam a dinâmica de movimento e a percepção sensorial do robô. Isso acontece, principalmente no caso de sensores do tipo sonar diante de obstáculos do tipo quina. O resultado obtido é o método de localização Monte Carlo Genético, que se apresentou como uma possível solução para minimização desses erros de localização. O grande empecilho, porém, constatado nessa abordagem, é o elevado número de parâmetros a serem configurados. O desafio, então, torna-se encontrar o ajuste ideal de parametrização para obtenção de melhor desempenho deste método.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the present work the effect of a dry friction damper device on the dynamic behavior of vibratory systems is analyzed. Two friction devices are designed consisting of a sphere in contact with a flat steel bar. In the first prototype the normal force on the contact is kept constant. In the second device a piezoelectric actuator is used to vary the intensity of the normal force. An experimental methodology is developed to analyze the dynamic behavior of a vibratory system and to identify the physical properties of the friction damper devices. The mathematical-computational models of the two friction dampers are used to perform simulations with a vibratory system, in order to analyze the influence of the variation of the normal contact force on the behavior of the vibratory system and to evaluate the dissipation of vibrational energy. In the first damper, an experimental methodology is used to identify the behavior of friction force induced on the vibratory system, and also to identify nonlinearities due to friction Frequency response is used to identify the structural frequencies generated by the device, as well the operational band of the damper device with constant normal force. The time domain vibratory system response is used to identify the Coulomb friction model. The second damper is designed by finite element method. Experimental analysis of the device is applied to identify the parameters that define the static and dynamic behavior of the damper with variable normal load, The frequency response is used to identify the structural frequencies generated by the device, as well it s effective operational band.. Another experiment evaluates the effect of the normal contact force variation on the dynamic response of a vibratory structure. The vibratory system response is identified using Coulomb friction models. Finally, numerical simulations are used to evaluate the effect of the normal contact variation, generated by a semi active control, on the vibratory system dynamic behavior. The vibration attenuation and the power demand of the piezoelectric actuator .are evaluated. / Neste trabalho é analisado o efeito de amortecedores de atrito seco sobre o comportamento dinâmico de um sistema vibratório de um grau de liberdade São projetados dois dispositivos de atrito constituídos por uma esfera em contato com um barra plana de aço. No primeiro protótipo a força normal no contato é mantida constante. No segundo dispositivo é utilizado um atuador piezelétrico para variar a intensidade da força normal. É desenvolvida uma metodologia experimental para analisar o comportamento dinâmico do sistema vibratório e identificar as propriedades físicas dos amortecedores de atrito. Os modelos matemáticos-computacionais dos dois amortecedores de atrito são usados para realizar simulações com um sistema vibratório, com a finalidade de analisar a influência da variação da força normal de contato sobre o comportamento do sistema vibratório e avaliar a capacidade de dissipação da energia vibratória. No primeiro amortecedor mediante uma metodologia experimental, é possível identificar o comportamento da força de atrito induzida ao sistema dinâmico, são identificadas também as não linearidades devidas ao atrito. Na resposta em frequência é possível identificar as frequências estruturais geradas pelo dispositivo, assim como a banda de atuação do amortecedor de força normal constante. Por ultimo é identificada a resposta do sistema dinâmico no domínio do tempo, mediante os modelos Coulomb do atrito. Para o segundo amortecedor é apresentado a analise estática dos elementos constituintes via um estudo em elementos finitos. Métodos de analise experimental aplicados para identificar os parâmetros que determinam o comportamento estático e dinâmico do amortecedor de carga normal variável. Na resposta em frequência é possível identificar as frequências estruturais geradas pelo dispositivo, assim como também, a banda de atuação do amortecedor de força normal variável. Em uma segunda fase experimental, avaliam-se os efeitos da variação da força normal no contato, na resposta dinâmica da estrutura vibratória e determina-se o comportamento da força do amortecedor, assim como também se identifica a resposta do sistema, com os modelos de atrito de Coulomb. Finalmente, é avaliada numericamente o efeito do ajuste da força normal do contato, mediante um controle semiativo., Verifica-se a eficiência do controle sobre a vibração da estrutura .e sobre o consumo de potência do atuador piezelétrico. / Mestre em Engenharia Mecânica

Sistemas de levitação eletromagnética são de interesse quando se necessita de tecnologia envolvendo redução de atrito, atuação sem contato físico, máquinas rotativas e trens de alta velocidade. Devido à presença de não linearidades em sua dinâmica, pesquisadores têm dado atenção ao desenvolvimento de controladores mais sofisticados, com o objetivo de melhorar o desempenho desses sistemas. Controladores lineares apresentam limitações na faixa de operação da variável controlada e, geralmente apresentam baixa robustez quando aplicados em sistemas não lineares. O objetivo deste trabalho é desenvolver controladores não lineares com diferentes estruturas e analisá-los quando aplicados em um protótipo do sistema físico. Inicialmente, o sistema é modelado matematicamente através da abordagem fenomenológica. Em seguida, os parâmetros do modelo são identificados através de dados obtidos experimentalmente. Conhecendo bem a dinâmica do sistema através do modelo, são projetados três controladores de diferentes estruturas utilizando simulações computacionais. O primeiro é o PID clássico, controle linear amplamente utilizado em processos industriais. O segundo controlador é um PID com topologia não linear, denominado NPID. Este visa reduzir as limitações encontradas no PID linear, através de funções não lineares em seus termos. O último e mais complexo se trata do controle por modos deslizantes (SMC). Também com estrutura não linear, o SMC possui como característica intrínseca a robustez a variações da planta. Ao final, são realizadas simulações e os controladores avaliados são implementados de maneira digital em um hardware de controle e aplicados em uma planta piloto de levitação eletromagnética. Os resultados de desempenho obtidos permitem avaliar qual topologia de controlador melhor se enquadra diante dessa aplicação. / Electromagnetic levitation systems are of interest when it is necessary the use of technology involving reduction of friction, acting without physical contact, rotating machinery and high speed trains. Due to the nonlinear dynamics, researchers have paid attention to the development of more sophisticated controllers, in order to improve the performance of these systems. Linear controllers have limitations in the operating range of the controlled variable and generally have low robustness when applied to linear systems. The objective of this work is to develop nonlinear controllers with different structures and analyze them, when applied to a prototype of the physical system. Initially the system is modeled mathematically through the phenomenological approach. Then the model parameters are identified by experimentally obtained data. Knowing the dynamic of the system through the model, three different controllers are designed using computer simulations. The first is the classic PID, a linear control widely used in industrial processes. The second controller is a PID with nonlinear topology, called NPID. This controller is intended to reduce the limitations found in the linear PID through non linear functions on its terms. The last and most complex is the sliding mode control (SMC). Also a nonlinear structure, the SMC has the intrinsic characteristic of robustness to variations of the plant. In the end, the simulations are performed and the evaluated controllers are implemented in digital form in a hardware control and applied in a pilot plant of an electromagnetic levitation system. With the performance results it is possible to verify which controller topology best fits this application.