Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/27152

Type: Tese
Title: Chaos control applied to adaptive mechanical systems
Author(s)/Inventor(s): Costa, Dimitri Danulussi Alves
Advisor: Savi, Marcelo Amorim
Abstract: Este trabalho estuda a aplicação de métodos de controle de caos contínuos em duas partes. A primeira aplica os controles a sistemas mecânicos adaptativos com elementos de ligas de memoria de forma (SMA) explorando seu comportamento termomecânico, limitado pela transferência de calor, para a atuação. A análise da estabilidade das órbitas controladas é avaliada através do cálculo de seus expoentes de Floquet (FE). O controlador é baseado no método de realimentação de estados defasados estendido (ETDF) e aplicado em um sistema pendular com molas de SMA e em uma treliça de duas barras de SMA. A descrição do comportamento termomecânico da SMA para atuação considera dois modelos constitutivos diferentes. Os resultados mostram que mesmo com as limitações impostas ao controlador, é possível realizar o controle de caos e estabilizar órbitas periódicas instáveis e que os FE das órbitas controladas têm uma dependência exponencial com parâmetros de transferência de energia. No contexto de controle de bifurcação, os resultados mostram que os limites da atuação definem a faixa de parâmetros em que o controle pode estabilizar uma órbita. Na segunda parte do trabalho, métodos de controle são aplicados para realizarem a permuta de atratores coexistentes em um oscilador de impacto experimental. Nesse contexto, o controle por estados defasados (TDF) e o controle intermitente são estudados juntamente com um novo método de controle proposto chamado controle por estados defasados fracionários (FTDF). Resultados mostram que o FTDF possui a habilidade de realizar a permuta entre atratores em cenários em que o TDF não é capaz.
Abstract: This work studies the application of continuous chaos controllers to mechanical systems in two parts. In the first part, the controllers are applied in smart structures with shape memory alloys (SMA) elements. Actuation is provided by exploring the thermomechanical behaviour of SMA, which is limited by heat transfer constraints. The controlled orbits stability analysis is performed by the calculation of its Floquet exponents (FE). A novel method to extract a controlled orbit FE through its time series is proposed. The control method, based on the extended time-delayed feedback control (ETDF), is applied to an SMA pendulum system and an SMA two-bar truss. Two constitutive models are used to verify the SMA actuation and the influence of the thermal constraints. Results show that, even with the imposed actuation constraints, the controller can perform the stabilization of the targeted unstable periodic orbit (UPO). It is shown that the controlled orbit FE exponents present an exponential dependence with the heat transfer coefficient. In regards to bifurcation control, results show that actuation constraints define the range of parameters where the controller can maintain orbit stability. In the second part, controllers are used to perform exchange between coexisting attractors on an experimental impact oscillator. In this context, three control methods are used, the time-delayed feedback method, the intermittent control and a novel method named fractional time-delayed feedback control (FTDF). Results show that the FTDF can perform the exchange between attractors even in a scenario where TDF alone cannot.
Keywords: Controle do caos
Sistemas mecânicos adaptativos
Ligas com memória de forma
Controle não linear
Osciladores mecânicos
Análise de estabilidade
Dinâmica não linear
Controle por realimentação
Adaptive mechanical systems
Shape memory alloys
Nonlinear control
Mechanical oscillators
Stability analysis
Nonlinear dynamics
Feedback control systems
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::CONTROLE DE SISTEMAS MECANICOS
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: May-2021
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Citation: COSTA, Dimitri Danulussi Alves. Chaos control applied to adaptive mechanical systems. 2021. 224 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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