Controle inteligente de sistemas subatuados com aplicações em problemas de mecânica do contato

dc.contributor.advisorBessa, Wallace Moreira
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3256782908311485pt_BR
dc.contributor.authorFernandes, Josiane Maria de Macedo
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3438701343488110
dc.contributor.referees1Costa Júnior, João Carlos Arantes
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5028446242533356pt_BR
dc.contributor.referees2Melo, Júlio César Paulino de
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2930421117873633pt_BR
dc.contributor.referees3Araújo, Márcio Valério de
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/0827462439273599pt_BR
dc.contributor.referees4Farias, Aline Cristina Mendes de
dc.contributor.referees4Latteshttp://lattes.cnpq.br/9603161534939649pt_BR
dc.contributor.referees5Dantas, André Felipe Oliveira de Azevedo
dc.contributor.referees5Latteshttp://lattes.cnpq.br/8684342148910073pt_BR
dc.date.accessioned2017-10-23T22:17:47Z
dc.date.available2017-10-23T22:17:47Z
dc.date.issued2017-06-28
dc.description.abstractIn the present work, a nonlinear control strategy based on sliding mode method and artificial neural networks is presented. This approach can be applied to stabilize nonlinear under actuated systems subjected to torsional vibrations. In order to evaluate the proposed approach, the control law was implemented in a drill string. Drill strings are addressed due to their nonlinear and underactuated dynamics. The drill strings are discretized in n parts. The control output is given at the top drive whereas the other string parts are not directly actuated. Torsional vibrations employed in this work are stick-slip, which is the more critic way of torsional vibrations. Stick-slip is a nonlinearity usually caused by friction between the drill string and rock formations and can occurs at any point along its length. Sliding mode control is a very robust technique even with parametric uncertainties and external perturbations. There is no need of previous knowledge of uncertainties and nonlinearities. The discontinuous function adopted at the control law can lead to the undesired chattering effect. The discontinuous function can be replaced by a smooth function to avoid chattering, but this also implies on decrement of the system performance. In order to attenuate this effect, a compensation is added to the control law. Two different artificial neural network architectures are investigated: multilayer perceptrons and radial basis functions. The sliding surfaces are defined as a linear combination of tracking errors. The neural network is employed to mitigate the generated limit cycle. Numerical results are presented in order to demonstrate the performance of the control system.pt_BR
dc.description.resumoNeste trabalho é desenvolvida uma estratégia de controle não linear baseada no controle por modos deslizantes com compensação neural para estabilização de sistemas subatuados sujeitos a vibrações torcionais. No intuito de analisar o desempenho da abordagem proposta, a lei de controle foi implementada em uma coluna de perfuração. As colunas de perfuração são discretizadas em n partes. A atuação é dada no top drive, ou na mesa rotativa na extremidade superior da coluna, e todo o restante da coluna não recebe atuação. As vibrações torcionais abordadas neste trabalho são do tipo stick-slip, que é o caso mais crítico desse tipo de vibração, cuja não linearidade é geralmente causada pelo atrito entre a coluna e a formação, podendo ocorrer em qualquer ponto ao longo da coluna e deve ser levado em consideração na modelagem. O controle por modos deslizantes apresenta robustez frente a incertezas paramétricas e perturbações. A estratégia adotada não requer o conhecimento prévio de incertezas e não linearidades do sistema. No entanto, a função descontínua utilizada na lei de controle pode gerar o fenômeno de chattering, que em atuadores mecânicos é indesejável. Para atenuar o chattering, uma função suave é utilizada no lugar da descontínua, sendo essa abordagem ocasionadora de diminuição no desempenho do controlador. Nesse ponto, técnicas de inteligência artificial podem contribuir na lei de controle para devolver o desempenho ou parte dele ao sistema. Duas arquiteturas de rede são empregadas para estimar a compensação, uma rede do tipo perceptron de múltiplas camadas e uma rede de funções de base radial. As superfícies de controle são definidas como uma combinação linear dos erros dos estados do sistema e uma rede neural é adicionada para compensar a formação de ciclos limites, comumente apresentados após a perda de eficácia. Resultados são apresentados para demonstrar a performance do sistema de controle proposto.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)pt_BR
dc.identifier.citationFERNANDES, Josiane Maria de Macedo. Controle inteligente de sistemas subatuados com aplicações em problemas de mecânica do contato. 2017. 97f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24140
dc.languageporpt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectControle por modos deslizantespt_BR
dc.subjectSistemas subatuadospt_BR
dc.subjectVibrações stick-slippt_BR
dc.subjectRedes neurais artificiaispt_BR
dc.subjectColunas de perfuraçãopt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICApt_BR
dc.titleControle inteligente de sistemas subatuados com aplicações em problemas de mecânica do contatopt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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