Ενεργητικός έλεγχος ταλαντώσεων κατασκευών από σύνθετα υλικά με πιεζοηλεκτρικά επιθέματα

Σανούδος-Δραμαλιώτης, Φωκίων-Ταξιάρχης; Sanoudos-Dramaliotis, Fokion-Taxiarchis

dc.contributor.author	Σανούδος-Δραμαλιώτης, Φωκίων-Ταξιάρχης	el
dc.contributor.author	Sanoudos-Dramaliotis, Fokion-Taxiarchis	en
dc.date.accessioned	2019-07-19T10:18:59Z
dc.date.available	2019-07-19T10:18:59Z
dc.date.issued	2019-07-19
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49103
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16553
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Βέλτιστος έλεγχος	el
dc.subject	Ευφυείς σύνθετες κατασκευές	el
dc.subject	Πεπερασμένα στοιχεία	el
dc.subject	Πιεζοηλεκτρικά επιθέματα	el
dc.subject	Αυτόματος έλεγχος κρούσης	el
dc.subject	Ενεργητική απόσβεση ταλαντώσεων	el
dc.subject	Active vibration control	en
dc.subject	Piezoelectric Patches	en
dc.subject	Impact control	en
dc.subject	Finite elements	en
dc.subject	Composite structure optimal control	en
dc.subject	Optimal (LQR) controller	en
dc.subject	Eigenvalues	en
dc.subject	Ιδιοτιμές	el
dc.subject	Smart composite structures	en
dc.title	Ενεργητικός έλεγχος ταλαντώσεων κατασκευών από σύνθετα υλικά με πιεζοηλεκτρικά επιθέματα	el
dc.title	Active vibration control of composite structures using piezoelectric patches	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Mechanical engineering	en
heal.classification	Robotics	en
heal.classification	Control systems	en
heal.classification	Αυτόματος έλεγχος	el
heal.classification	Ρομποτική	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-02-22
heal.abstract	The increased interest over the past few years for "intelligent" structures, which can alter their shape or behaviour reacting to their environment, has led to the development of control procedures for such systems. This thesis addresses a methodology for modelling composite structures and applying active damping control using piezoelectric patches. The proposed methodology involves using a commercial finite element package to model the structure and formulate its modal matrices (mass, stiffness, damping). After importing and processing the modal matrices in MATLAB, the state space model of the structure is created. The control system design employs a linear quadratic regulator (Linear Quadratic Regulator - LQR) to control the state space model and a reduced-order observer for feedback in order to attenuate both the structure's free mechanical vibrations and those resulting from impact. The control system's parameters are determined by comparing the system's response for different configurations with acceptable responses. The appropriate modelling of piezoelectric patches as actuators and sensors and the finite element model's realistic impact behaviour is evaluated by contrasting numerical simulations with experimental and bibliographical results, respectively. Lastly, numerical results from an open loop simulation controlling the structure's free vibration validate the methodology's control system. Agreement between the responses predicted by numerical simulations and the experimentally measured results, verifies both the modelling procedure and the designed control system's effectiveness. The formulated method for control system design demonstrates excellent performance in free and impact-related vibration attenuation and will be used for further research on active vibration control of structures with attached piezoelectric patches.	en
heal.abstract	Με το αυξημένο ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια για \enquote{ευφυείς} κατασκευές, που μεταβάλλουν το σχήμα ή τη συμπεριφορά τους αναλόγως του περιβάλλοντός τους, έχει εμφανισθεί η ανάγκη ανάπτυξης μεθοδολογιών για τον αυτόματο έλεγχο τέτοιων συστημάτων. Στην παρούσα μελέτη, προτείνεται μεθοδολογία μοντελοποίησης κατασκευών από σύνθετα υλικά και εφαρμογής ενεργητικής απόσβεσης σε αυτές με τη χρήση πιεζοηλεκτρικών επιθεμάτων. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει μοντελοποίηση της κατασκευής σε εμπορικό κώδικα πεπερασμένων στοιχείων, απ' όπου σχηματίζονται μητρώα του συστήματος (μάζας, δυσκαμψίας, απόσβεσης) στο πεδίο των ιδιομορφών. Στη συνέχεια, τα μητρώα αυτά εισάγονται στο MATLAB, όπου δημιουργείται μοντέλο της δυναμικής της κατασκευής στο χώρο κατάστασης. Ο νόμος αυτομάτου ελέγχου σχεδιάζεται για εφαρμογή στην περίπτωση ελεύθερης ταλάντωσης της κατασκευής ή ταλάντωσης ως αποτέλεσμα κρούσης στην επιφάνειά της, ενώ αξιοποιεί γραμμικό τετραγωνικό ρυθμιστή (Linear Quadratic Regulator - LQR) για τον έλεγχο του μοντέλου δυναμικής και παρατηρητή μειωμένης τάξης για την ανάδραση. Κατά τον σχεδιασμό της μεθοδολογίας, εξετάστηκε η επίδραση διαφόρων παραμέτρων του συστήματος στη συμπεριφορά του ελεγκτή και επαληθεύτηκαν η μοντελοποίηση του φυσικού προβλήματος και η απόκριση του συστήματος αυτομάτου ελέγχου. Η επιλογή των παραμέτρων του ελεγκτή εξετάστηκε με συσχέτιση των αποκρίσεων του συστήματος για διαφορετικές ρυθμίσεις και συνθήκες με επιθυμητά αποτελέσματα. Η ορθή μοντελοποίηση των πιεζοηλεκτρικών στοιχείων ως επενεργητές και αισθητήρες και η ρεαλιστική συμπεριφορά του μοντέλου σε κρούση επαληθεύτηκαν συγκρίνοντας τα αποτελέσματα υπολογιστικών προσομοιώσεων με πειραματικά και βιβλιογραφικά δεδομένα, αντίστοιχα. Τέλος, η εγκυρότητα της μεθοδολογίας αυτομάτου ελέγχου κατασκευών επιβεβαιώθηκε μελετώντας τον έλεγχο ελεύθερης ταλάντωσης κατασκευής με υπολογιστική προσομοίωση συστήματος ελέγχου ανοιχτού βρόχου. Τα αποτελέσματα από την επαλήθευση της μεθοδολογίας παρουσιάζουν ικανοποιητική συμφωνία μεταξύ τους, επιβεβαιώνοντας την έγκυρη μοντελοποίηση του φυσικού προβλήματος και την άρτια λειτουργία του συστήματος αυτομάτου ελέγχου. Η μεθοδολογία για σύστημα αυτομάτου ελέγχου που αναπτύχθηκε παρουσιάζει εξαιρετική συμπεριφορά στο περιορισμό είτε ελεύθερης ταλάντωσης είτε ταλάντωσης εξαιτίας κρούσης και θα χρησιμοποιηθεί για περαιτέρω έρευνα στην ενεργητική απόσβεση κατασκευών με πιεζοηλεκτρικά επιθέματα.	el
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	189 σ.
heal.fullTextAvailability	true