Conclusões

O desenvolvimento e análise de sistemas mais simples de controlo ativo de vibrações com recurso a atuadores piezoelétricos constitui a motivação principal para a realização deste trabalho. A utilização de meios de controlo mais simples e de preferência com meno- res exigências de hardware serve de mote na definição do principal objetivo desta disserta- ção. Neste trabalho explora-se a possibilidade de utilizar meios de controlo simples do tipo on-off, evitando desta forma a necessidade de etapas de amplificação de alta potência, sen- do apenas necessária uma forma de comutação dessa alta potência. Assim, estudaram-se em detalhe as formas de atuação baseadas em comutação (Pulsada Unidirecional e Bidire- cional).

Os principais objetivos deste trabalho passavam por analisar a influência da variação de alguns parâmetros relacionados com a forma da onda do sinal aplicado ao atuador em termos de amplitude, localização temporal, número de divisões e nível de truncatura, quer na eficácia quer na eficiência do controlador, e comparar esses resultados com os de um controlador otimizado (LQR).

Numa primeira fase do trabalho, começou-se o desenvolvimento da interface, do có- digo do Arduino e da respetiva comunicação estre os dois. Depois procedeu-se à implemen- tação dos controladores baseados em atuação pulsada e CGVF, que englobou todos os componentes e tarefas de processamento de sinal e transdução referidos anteriormente e o respetivo código Arduino.

Numa segunda fase, implementou-se o controlador LQR. Este, embora tenha sido implementado de forma diferente dos anteriores, os seus resultados puderam ser compara- dos diretamente com os restantes.

Posteriormente, construiu-se a estrutura definitiva e realizaram-se todos os ensaios previstos, e procedeu-se ao tratamento dos resultados com o objetivo de analisar os parâ- metros alvos de estudo: eficácia e eficiência.

Na fase inicial do trabalho foi analisado o efeito da colocação dos elementos piezoelé- tricos, tendo-se medido um aumento muito significativo (400%) da razão de amortecimen- to da viga com os atuadores. Esse aumento de amortecimento reflete em parte o efeito do adesivo usado na colagem dos cristais, podendo ainda ser devido ao efeito da deformação imposta ao cristal. Apesar de os cristais não terem os terminais com uma resistência dissi- padora, estes acumulam energia na deformação, o que poderá induzir algum efeito de amortecimento (efeito condensador).

Relativamente ao estudo realizado sobre a influência de truncar os sinais de atuação, confirmou-se que a aplicação de sinais com patamares de truncatura é preferível aos sinais sinusoidais mais comuns. Dando apenas o exemplo do caso do primeiro nível de energia analisado (600 [J.Ω]), verificou-se que um sinal completamente truncado (PB) apresenta uma melhoria de 49.3% em termos de eficácia face ao sinal CGVF puro, o que se reflete num aumento da sua eficiência linear da mesma ordem de grandeza (49.8%). Quanto à eficiência quadrática, a melhoria passa a ser de 123.6%.

Foi ainda possível verificar que, para maximizar a eficiência quadrática dos contro- ladores, existem determinados níveis de energia que devem ser evitados, nomeadamente os muito baixos e os mais elevados.

Quanto à relação existente entre a tensão do controlador PU e a razão de amorteci- mento da estrutura, concluiu-se que esta é relativamente linear, à exceção de algumas ten- sões superiores a 120V. Como a tensão de saturação do atuador é 150V e a passagem para essa zona é suavizada, é normal que se tenha verificado esta quebra de eficácia do atuador, significando que tensões próximas das de saturação são de evitar.

Aumentar o número de divisões do pulso causa, simultaneamente, o aumento da fre- quência de atuação (histerese) e a diminuição da largura dos vários pulsos (menor tempo para a deformação mecânica ocorrer). Os resultados obtidos mostram que estes dois efeitos são, quase sempre, prejudiciais para a eficiência. Existem, no entanto, raras exceções, nas quais se verificou ligeira melhoria. Como a poupança energética é constante em quase to- dos os casos (50%), deve-se utilizar o modo que proporcione uma maior eficácia, pois apa- renta não existir nenhuma vantagem em aumentar o número de pulsos enviado. Contudo, como sugerido por Lima [9], os pulsos de elevada amplitude e largura reduzida podem ter vantagens associadas como a redução do efeito de spillover. No entanto, fica mais uma vez

provado que este tipo de pulsos é ineficiente no amortecimento do primeiro modo de vi- bração.

Conclui-se também que diminuir a largura do pulso para uma fração da largura ini- cial, tal como implementado, seguindo o modo de atuação M4, é benéfico em termos de eficiência até um certo limite localizado entre 33 e 25%, após o qual passa a não compen- sar. O valor ótimo não foi possível obter, sabendo-se apenas que este deve ser próximo de 50%.

Comprovou-se ainda que a maneira mais eficiente de encurtar a largura do pulso é mantê-lo centrado em relação à atuação padrão o que aparenta haver uma relação inversa entre a eficiência e o segundo momento de área do pulso.

Os resultados globais permitem concluir que, dentro dos limites considerados razoá- veis para os parâmetros principais:

 em termos de forma, a onda deve ser quadrada e apenas com um único pulso;

 em termos de tensão, esta deve ser inferior à de saturação. Isto não deve ser conse- guido por mero ajuste da tensão aplicada, mas sim por dimensionamento dos atua- dores, de forma a ser possível escolher o nível de energia em que se está a traba- lhar;

 em termos de localização temporal, quanto mais centrada for a atuação em relação ao sinal do sensor, mais eficiente esta é, e que a largura do pulso não deverá ser in- ferior a metade do período de atuação.

Estes resultados apontam que a utilização de ondas que respeitem estas características é favorável para o melhoramento da eficiência e para a simplificação dos sistemas de con- trolo.

No geral, estes resultados corroboram de certa forma os outros trabalhos realizados neste âmbito, nomeadamente os de Lima [9], Vasques e Rodrigues [94] e Silva [10]. Não obstante, existem alguns que parecem ser contraditórios, mas que não podem ser compa- rados diretamente, muito por causa das metodologias adotadas neste trabalho.

Apesar dos resultados indicarem que o uso de sinais de atuação quadrados seja bené- fico, existem alguns inconvenientes, nomeadamente o ruído associado à sua atuação e a diminuição do tempo de vida dos atuadores. Sabe-se também que este tipo de controlado- res não é adequado a, por exemplo, atuadores servo hidráulicos. Todos estes problemas têm a mesma causa: a rápida alternância entre estados a que o material fica sujeito.

De referir ainda que algumas ferramentas computacionais utilizadas, como o Gnu- plot, Glade Interface Designer, Arduíno e MatLab, revelaram-se uma mais-valia para este tipo de trabalhos. Também a interface criada mostrou-se uma ferramenta muito importan- te e eficaz tanto para a implementação dos controladores como para a análise dos resulta- dos, sem a qual o trabalho teria sido muito mais complicado.