Topology optimization of flextensional piezoelectric actuators with active control law (2018)
- Authors:
- Autor USP: MORETTI, MARIANA - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: MÉTODOS TOPOLÓGICOS; ATUADORES PIEZELÉTRICOS FLEXTENSIONAIS; SENSOR; MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Atuadores piezoelétricos flextensionais funcionam como amplificadores nanométricos dos deslocamentos gerados pela piezocerâmica. Em sistemas que necessitam de alta precisão de posicionamento final ou baixa energia de vibração após sofrer um impacto, como na leitura de um disco rígido ou na microscopia de força atômica, requer-se que o atuador conte com um fator de correção de posicionamento, o qual pode ser obtido através de uma lei de controle. A utilização de material piezoelétrico para o controle de vibração em dispositivos de casca e placa foi amplamente abordado na literatura, porém o projeto de sistemas piezoelétricos controlados utilizando-se do Método da Otimização Topológica (MOT) foi pouco explorado e em geral é focado na análise transiente no domínio da frequência, o qual necessita que o problema tenha que ser reduzido para que a implementação computacional torne-se viável. Tratando-se de análise transiente em atuadores piezoelétricos flextensionais pode-se considerar o emprego de um controle ativo, o qual captura informações do dispositivo através de piezo-sensores e as realimenta na forma de um sinal de entrada em piezo-atuadores para modulação do sinal de resposta. Visando aprimorar o efeito do controle ativo em atuadores piezelétricos, este trabalho é voltado para o projeto de sua estrutura flextensional considerando o controle ativo de realimentação de velocidade, em que o ciclo envolvendo sensoreamento e atuação piezoelétricos fornece um amortecimento extra ao sistema. Deseja-se portanto que a flexibilidade do mecanismo flextensional seja distribuída no domínio de projeto pré-definido alocando vazios em regiões ao redor de onde devem estar presentes articulações da estrutura flexível, o que é obtido pelo MOT. Para encontrar a distribuição otimizada de material no domíniode projeto, o MOT emprega a análise sistemática do modelo dinâmico através do Método dos Elementos Finitos (MEF). Neste trabalho a modelagem do sistema para o MEF leva em consideração a presença dos nós intermediários das cerâmicas piezoelétricas, denominada modelagem para nós não colapsados, cuja tensão gerada ao longo da resposta dinâmica temporal influencia no controle ativo do sistema. O problema de Otimização Topológica (OT) é formulado para a atenuação da vibração do sistema em posição neutra e em posição atuada (posicionador) sujeito a restrições de volume e a valores máximo e mínimo que as variaveis de projeto assumem. A implementação do MOT é baseada no modelo de material denominado Material Isotrópico Sólido com Penalização (MISP), no cálculo da sensibilidade dinâmica adjunta, e na rotina de otimização conhecida como Programação Linear Sequencial (PLS). Para ilustrar o método, são projetados dispositivos bidimensionais e diferentes ganhos de controle de realimentação de velocidade são utilizados para obtenção da topologia otimizada, analisando-se a eficiência em cada caso.
- Imprenta:
- Data da defesa: 21.11.2018
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ABNT
MORETTI, Mariana. Topology optimization of flextensional piezoelectric actuators with active control law. 2018. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2018. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-20032019-145622/. Acesso em: 18 set. 2024. -
APA
Moretti, M. (2018). Topology optimization of flextensional piezoelectric actuators with active control law (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-20032019-145622/ -
NLM
Moretti M. Topology optimization of flextensional piezoelectric actuators with active control law [Internet]. 2018 ;[citado 2024 set. 18 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-20032019-145622/ -
Vancouver
Moretti M. Topology optimization of flextensional piezoelectric actuators with active control law [Internet]. 2018 ;[citado 2024 set. 18 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-20032019-145622/
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