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Otimização topológica para localização de atuadores piezelétricos utilizando gramiano de controlabilidade

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Otimização topológica para localização de atuadores piezelétricos utilizando gramiano de controlabilidade

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Título Otimização topológica para localização de atuadores piezelétricos utilizando gramiano de controlabilidade
Outro título Topology optimization for piezoelectric actuators placement using controllability gramian
Autor Gonçalves, Juliano Fagundes
Orientador Fonseca, Jun Sergio Ono
Data 2015
Nível Mestrado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.
Assunto Atuadores piezoelétricos
Elementos finitos
Estruturas (Engenharia)
Otimização topológica
[en] Active control of structures
[en] Controllability gramian
[en] Piezoelectric actuators
[en] Topology optimization method
Resumo Este trabalho apresenta a formulação de um problema de otimização topológica para o posicionamento ótimo de atuadores baseado na teoria de controle. A estrutura é composta por dois materiais: um material passivo elástico e um material ativo piezelétrico, ambos lineares. Pretende-se obter um sistema de controle no qual todos os estados sejam controláveis. O processo de otimização topológica busca a distribuição de material piezelétrico que maximize o menor autovalor do Gramiano de controlabilidade garantindo, assim, sua não singularidade e, consequentemente, que o sistema seja completamente controlável. Programação linear sequencial (SLP) é utilizada para a solução do problema de otimização e as sensibilidades para o modelo de elementos finitos são deduzidas para a função objetivo e restrições. Análises modais das topologias ótimas são utilizadas para a definição de um controlador LQR e as respostas das estruturas controladas submetidas à uma carga impulsiva são analisadas.
Abstract This work presents a topology optimization formulation for the actuator placement based on the control theory. The structure is composed by two materials: a passive elastic material and an active piezoelectric material, both linear. The aim is to obtain a control system which all states are controllable. The topology optimization process searches the piezoelectric material distribution which maximizes the smallest eigenvalue of the controllability Gramian ensuring its non-singularity and, therefore, the system is completely controllable. Sequential linear programming (SLP) is used to solve the optimization problem. The sensitivities for the finite element model were derived for the objective function and constraints. Modal analysis from the optimal topologies were employed in an LQR controller and the responses for the controlled structures submitted to an impulsive load are analyzed.
Tipo Dissertação
URI http://hdl.handle.net/10183/114969
Arquivos Descrição Formato
000955819.pdf (2.893Mb) Texto completo Adobe PDF Visualizar/abrir

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