Publicação:
Revisão e proposta de estratégia de controle de movimento para um gerador linear a ímã permanente movido a pistão livre para regime permanente

dc.contributor.advisor-co1Gomes, Luciano Coutinho
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3372531394380706pt_BR
dc.contributor.advisor1Santos, Marcelo Braga dos
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4411235950329370pt_BR
dc.contributor.referee1Santos Neto, Pedro José dos
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7639620909227183pt_BR
dc.contributor.referee2Steffen Junior, Valder
dc.contributor.referee2Lattesttp://lattes.cnpq.br/6838375689601075pt_BR
dc.creatorScotti, Thaís Matos
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/2638587249505059pt_BR
dc.crossref.doibatchid3b02fbbf-42f4-464b-9b53-f7a657945367
dc.date.accessioned2026-07-27T15:38:30Z
dc.date.available2026-07-27T15:38:30Z
dc.date.issued2026-06-16
dc.description.abstractThis work investigates motion control in a free-piston linear generator (FPLG), with the objective of regulating electromagnetic energy extraction in order to ensure stable operation within mechanical limits and adequate performance in electrical power generation. For this purpose, the system is modeled as a combustion-excited mass–spring oscillator in which the electromagnetic force is represented as an equivalent damping proportional to the piston velocity, considering an electrical architecture composed of passive three-phase rectification followed by a DC–DC boost converter. Three control strategies are developed and evaluated under the same modeling and excitation conditions: (i) proportional–integral control with peak displacement detection, (ii) control based on the mechanical energy of the cycle, and (iii) nonlinear model predictive control (NMPC). The comparison is carried out in terms of piston stroke, oscillatory regime stability, energy balance, and DC power delivered to the load. The results show that PI control with peak detection achieves good steady-state performance, but with higher latency under disturbances; the mechanical-energy-based control regulates energy extraction throughout the oscillation cycle, contributing to stroke containment and robustness to combustion variations; and NMPC enables explicit handling of operational constraints, at the cost of increased command modulation and lower uniformity of the electrical power in the considered architecture. It is concluded that the strategies present different trade-offs between mechanical stability, robustness, and energy utilization, providing a comparative basis for controller design in FPLGs.pt_BR
dc.description.degreenameDissertação (Mestrado)pt_BR
dc.description.resumoEste trabalho investiga o controle do movimento em um gerador linear de pistão livre (Free- Piston Linear Generator - FPLG), com o objetivo de regular a extração eletromagnética de energia de modo a garantir operação estável dentro dos limites mecânicos e desempenho adequado na geração de potência elétrica. Para isso, o sistema é modelado como um oscilador massa–mola excitado pela combustão, no qual a força eletromagnética é representada por um amortecimento equivalente proporcional à velocidade do pistão, considerando-se uma arquitetura elétrica composta por retificação trifásica passiva seguida de conversor CC–CC do tipo boost. Três estratégias de controle são desenvolvidas e avaliadas sob as mesmas condições de modelagem e excitação: (i) controle proporcional–integral com detecção de pico do deslocamento, (ii) controle baseado na energia mecânica do ciclo e (iii) controle preditivo não linear (Nonlinear Model Predictive Control - NMPC), sendo a comparação realizada em termos do curso do pistão, da estabilidade do regime oscilatório, do balanço energético e da potência elétrica entregue à carga. Os resultados mostram que o controle PI com detecção de pico apresenta bom desempenho em regime, porém com maior latência frente a perturbações; o controle baseado na energia mecânica do ciclo permite regular a extração de energia ao longo da oscilação, contribuindo para a contenção do deslocamento e para a robustez frente a variações da combustão; e o NMPC permite tratar restrições operacionais de forma explícita, ao custo de maior modulação do comando e menor uniformidade da potência elétrica na arquitetura considerada. Conclui-se que as estratégias apresentam compromissos distintos entre estabilidade mecânica, robustez e aproveitamento energético, fornecendo uma base comparativa para o projeto de controladores aplicados a FPLGs.pt_BR
dc.description.sponsorshipFinep - Financiadora de Estudos e Projetospt_BR
dc.identifier.citationSCOTTI, Thaís Matos. Revisão e proposta de estratégia de controle de movimento para um gerador linear a ímã permanente movido a pistão livre para regime permanente. 2026. 129 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) — Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI: 10.14393/ufu.di.2026.502.pt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.502pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49122
dc.languageporpt_BR
dc.orcid.putcode222002538
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânicapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.sizeorduration133pt_BR
dc.subjectGerador Linear de Pistão Livrept_BR
dc.subjectControle de deslocamentopt_BR
dc.subjectAmortecimento Eletromagnéticopt_BR
dc.subjectControle Preditivo Não Linearpt_BR
dc.subjectControle Baseado em Energiapt_BR
dc.subjectRetificação Passivapt_BR
dc.subject.autorizadoEngenharia mecânicapt_BR
dc.subject.autorizadoCorrentes elétricas - Potenciapt_BR
dc.subject.autorizadoForça (Mecânica)pt_BR
dc.subject.autorizadoOsciladores elétricospt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOSpt_BR
dc.subject.odsODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.pt_BR
dc.titleRevisão e proposta de estratégia de controle de movimento para um gerador linear a ímã permanente movido a pistão livre para regime permanentept_BR
dc.title.alternativeReview and proposal of a motion control strategy for a free-piston-driven permanent-magnet linear generator under steady-state operationpt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dspace.entity.typePublication
person.identifier.orcid0009-0002-3634-4705
relation.isAuthorOfPublication425cc418-aa63-49df-ae8d-d6d63369f77a
relation.isAuthorOfPublication.latestForDiscovery425cc418-aa63-49df-ae8d-d6d63369f77a

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