Publicação: Modelagem e controle ativo de vibrações de painéis flexíveis de satélites
artificiais empregando transdutores piezelétricos
Carregando...
Arquivos
Tipo do documento
Data
Direito de acesso
Área do conhecimento
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Orientador
Coorientador
Souza, Luiz Carlos Gadelha de
Resumo
Neste trabalho foram desenvolvidos procedimentos de modelagem do comportamento
dinâmico de satélites artificiais contendo painéis flexíveis, objetivando o controle de
vibrações destes painéis através da ação combinada de uma roda de reação e de atuadores
piezelétricos colados às suas superfícies. São primeiramente apresentados alguns
elementos básicos sobre a tecnologia de satélites artificiais, materiais inteligentes e
algoritmos de controle ativo de vibrações, aspectos estes abordados no estudo. São
desenvolvidas analiticamente três variantes de modelos de satélites híbridos rígido-flexíveis.
No primeiro, os painéis são modelados com parâmetros concentrados de massa e de
rigidez; no segundo, o Método dos Modos Admitidos (MMA) é utilizado para discretização
espacial dos painéis modelados como vigas contínuas; no terceiro, o modelo baseado no
MMA é complementado com a inclusão de transdutores piezelétricos que podem ser
configurados quer como sensores, quer como atuadores. Para cada modelo, são obtidas as
equações diferenciais do movimento, as quais são adaptadas para o projeto de sistemas de
controle ativo. O modelo mais completo é implementado em ambiente MATLAB®, sendo
feitas simulações numéricas objetivando-se a validação dos procedimentos de modelagem e
caracterização do comportamento estático e dinâmico em uma configuração particular de
satélite com painéis flexíveis dotados de sensores e atuadores piezelétricos. Algumas das
simulações numéricas foram confrontadas com um modelo baseado em elementos finitos,
realizado no programa comercial de análise por elementos finitos ANSYS®. É simulado o
comportamento do sistema com controle realimentado, demonstrando a possibilidade de se
obter significativo aumento do amortecimento das vibrações dos painéis por meio de
atuadores piezelétricos. Conclusões e perspectivas de continuidade do trabalho de pesquisa
constituem a parte final do trabalho.
Abstract
In this dissertation, modeling procedures were developed to characterize de dynamic
behavior of artificial satellites containing flexible panels, aiming the active control of these
panels through the combined use of a reaction wheel and piezoelectric actuators bonded
their surfaces. First, some basic concepts regarding the technology of artificial satellites,
smart material systems and vibration active control are presented, as those aspects are
addressed in the study. Then, three variants of analytical models of hybrid rigid-flexible
satellites are developed. In the first, the panels are modeled as a one-degree-of-freedom
spring-mass system; in the second, the Assumed-Modes Method (AMM) is used for space
discretization of the panels which are modeled as continuous beams; in the third, the AMMbased
model is adapted to include piezoelectric transducers, which can be set either as
sensors or as actuators. For each model, the differential equations of motion are derived and
adapted for the design of active control algorithms. The more complete model is
implemented in MATLAB® programming environment and various numerical simulations are
made aiming at validating the modeling procedures and characterizing the static and
dynamic behavior of a particular configuration of satellite having flexible panels and
piezoelectric sensor and actuators. The results of some of those simulations are compared to
those obtained by using the commercial finite element package ANSYS®. The behavior of
the satellite subjected to feedback control is also simulated demonstrating the possibility of
achieving a significant increase of damping of the panels vibrations by means of
piezoelectric actuators. Conclusions of the research study and perspectives are presented in
the last part of the dissertation.
Palavras-chave
Materiais inteligentes, Piezeletricidade, Controle de atitude, Satélites artificiais, Estruturas flexíveis, Controle ativo, Intelligent materials, Piezoelectricity, Artificial satellites, Flexible structures, Active control, Vibração
Citação
GRAVADE, Matthieu Remigio Roux. Modeling and Active Vibration Control of Flexible Panels of
Artificial Satelites Using Piezoelectric Transducers. 2009. 96 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009.