[pt] DINÂMICA DE SISTEMAS PENDULARES E GIROSCÓPICOS POR ATUAÇÃO INTERNA DE CONTROLES NÃO LINEARES

[en] DYNAMICS OF PENDULUM AND GYROSCOPIC SYSTEMS WITH INNER ACTUATION BY A NON-LINEAR CONTROLLER

[pt] MARCELO DA CRUZ PEREIRA

[pt] CONTROLE NAO LINEAR

[pt] SISTEMA CAOTICO

[pt] INERCIA

[pt] PENDULO

[pt] SISTEMA DINAMICO

[pt] CENTRO DE MASSA

[pt] GIROSCOPIO

[pt] MATLAB

[en] NON LINEAR CONTROL

[en] CHAOTIC SYSTEM

[en] INERTIA

[en] PENDULUM

[en] DYNAMIC SYSTEM

[en] CENTER OF MASS

[en] MATLAB

[pt] Esta tese apresenta o estudo dinâmico de três sistemas pendulares e de um sistema de corpo livre no espaço com 3 graus de liberdade. O primeiro sistema pendular consiste de um pêndulo acoplado ao centro de uma roda, que rola sem escorregar na direção horizontal, enquanto o segundo, se baseia num pêndulo simples, porém com comprimento variável, que ao mudar seu tamanho consegue ganhar/perder energia para aumentar/diminuir a amplitude de seu movimento e finalmente o terceiro está baseado num pêndulo duplo que, a despeito de restrições impostas ao movimento consegue inserir/retirar energia do sistema de forma similar ao segundo. O modelo de corpo livre no espaço está baseado na suspensão cardânica de um giroscópio e se utiliza de um modelo didático real de um giroscópio para observação das características dinâmicas. A partir destes exemplos estudou-se formas de controle não-linear para movimentar os sistemas de maneira a utilizar-se da mudança de posição interna do centro de massa para injetar e retirar energia dos sistemas. Foram gerados modelos matemáticos simulados no Simulink valendo-se do Matlab para análise, e geradas animações também com o Matlab para melhor observação dos efeitos. Em paralelo, para dois destes sistemas foram construídos em bancada experimentos para comprovação dos resultados numéricos, e os resultados são comparados em cada caso, analisando as diferenças. Ao final, todas as observações sobre os estudos foram analisadas, e comentários feitos baseados nos resultados, além de sugerir trabalhos futuros.

[en] This thesis presents the study of the dynamics of three pendulum systems and a 3DoF free body in space. The first pendular system is based on a simple pendulum coupled to the center of a wheel that translates horizontally without slip; while the second system is based on a simple pendulum, with variable length, which is able to acquire/lose energy to grow/diminish the amplitude of its movement; and finally the third one is based on a double pendulum that, in spite of movement restrictions, can as well inject/drop energy like the second system. The free body in space is based on a real gyroscope for didactical use, which is helpful for the observation of the dynamic characteristics of the motion. Using these examples a non-linear control was designed to drive the system by using the property that changing the internal position of the center of mass it is possible to inject or to subtract energy from the systems. Mathematical models were simulated with Simulik software, Matlab was used for the analysis, and animations were created also with Matlab for a better sight of the effects. In parallel, there were developed 2 test rig systems for verification of the numerical results. In the conclusions all the considerations about the study were analyzed, and comments made on the results, as well also future developments are suggested.

HANS INGO WEBER

MAURO SPERANZA NETO

HANS INGO WEBER

RUBENS SAMPAIO FILHO

JOSE MANOEL BALTHAZAR

MARCELO AMORIM SAVI

MAURICIO GRUZMAN

2019-06-05

2016-08-01

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=38788@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=38788@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.38788