Dissertação
Controle ativo de estruturas compósitas inteligentes na presença de incertezas
Registro en:
Autor
Trevilato, Thales Renato Bertolazzo
Institución
Resumen
This work addresses the use of robust techniques for the active control of composite
structures coupled with piezoelectric actuators. The design of controllers uses the
approach of linear matrix inequalities (LMI), which facilitate the inclusion of polytopic
type uncertainties in the design of robust controllers. The proposal is to compare two
types of robust controllers applied to vibration control of a flexible composite
cantilever beam subjected to polytopic uncertainties. H and linear quadratic
regulator (LQR) controllers, both with state-feedback obtained by observers and
designed with the use of LMI are chosen. The composite laminate model considering
the electromechanical coupling of piezoelectric materials is obtained using the finite
element method (FEM). The reduction method based on balanced realization is used
for the compatibilization of model dimension to the control procedures. Two kinds of
uncertainties are considered: the first is related to the direction of the fibers in each
layer of composite material, which commonly occurs during the manufacturing. The
second type pertains the non-ideal stiffness of the clamping device, by means of the
reduction of the elements directly linked to the clamp. The results, obtained through
numerical simulations in MATLAB® environment, are discussed with regard to the
robustness of the control techniques investigated. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Mestre em Engenharia Mecânica O presente trabalho tem por objetivo o estudo acerca da utilização de técnicas
robustas de controle ativo em estruturas constituídas de materiais compósitos
laminados dotadas de atuadores piezelétricos. O projeto dos controladores usa o
enfoque das desigualdades matriciais lineares (LMI), que facilitam a inclusão de
incertezas do tipo politópicas no projeto, tornando o controle robusto. A proposta é
comparar dois tipos de controladores robustos aplicados ao controle de vibrações de
uma viga flexível engastada-livre, constituída de material compósito, frente a
incertezas politópicas. Os controladores escolhidos foram o H e o regulador linear
quadrático (LQR), ambos com realimentação de estados obtidos por observadores e
ambos projetados com a utilização de LMI. O modelo da estrutura compósita
laminada, considerando o acoplamento eletromecânico com materiais piezelétricos,
foi obtido utilizando o método dos elementos finitos (MEF). Para a compatibilização
do modelo com o procedimento de controle ativo, foi empregada a técnica de
redução de modelos baseada na representação balanceada. Foram consideradas
duas formas de introdução das incertezas paramétricas: a primeira diz respeito à
direção das fibras em cada camada do material compósito, caso que comumente
ocorre durante a fabricação do material. A segunda é pertinente à rigidez não ideal
do dispositivo de engaste, por meio da redução da rigidez dos elementos
diretamente ligados ao engaste. Os resultados, obtidos através de simulações
computacionais realizadas em ambiente, MATLAB®, são discutidos especialmente
no tocante à robustez das técnicas de controle estudadas.
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