Técnicas de otimização aplicadas em sistemas de conversão de energia - Franco, Vitor Ramos (2014)
Recentemente, o processo de conversão de energia através do uso de materiais piezelétricos tem se destacado. Com o objetivo de obter a melhor performance do dispositivo de conversão de energia, este trabalho apresenta a aplicação e desenvolvi- mento de técnicas de otimização que, através da otimização de múltiplos parârnetros (multiparâmetros) do sistema, obtenha a maior potência de saída do conversor. A teoria de viga de Euler-Bernouli foi utilizada na modelagem do acoplamento eletromecânico de estruturas tipo viga cantilever parcialmente recobertas com material piezelétrico, com massa concentrada na extremidade livre, e excitadas harrnonicamente pela base. O modelo foi, então verificado, através de testes experimentais. Múltiplos parâmetros do sistema foram ajustados empregando-se diferentes técnicas de otimização: método SQP (do inglês, Sequential Quadratic Program), Algoritmos Genéticos (GA, do inglês Genetic Algorithms), e um método de otimização desenvolvido nesse trabalho nomeado como \"Busca Extensiva Modificada\"(MES, sigla do inglês Modified Extensive Search), que se baseia na variação dos parâmetros do sistema (ou das variáveis de projeto) a fim de se encontrar, através de um trabalho modificado de busca, a melhor configuração que otimize a função objetivo analisada. Outro método de otimização implementado no presente trabalho é o método de programação estocástica (ou probabilística), no qual são tratados parâmetros aleatórios do sistema. Uma comparação entre as técnicas de otimização foi realizada para as conexões em série e paralelo das camadas piezelétricas e para 5 diferentes faixas de frequência, envolvendo uma variação de 5 a 80 Hz. Ademais, uma discussão sobre os efeitos de incertezas paramétricas na dinâmica do conversar de energia foi realizada utilizando o método de Simulações de Monte Carlo (MCS, sigla do inglês Monte Carlo Simulationsi. Os resultados das simulações numéricas revelaram um melhor desempenho apresentado pelo método MES quando comparado com os métodos SQP e GA. Ainda, os resultados da otimização estocástica reforçaram a importância de se levar em conta incertezas nos parâmetros de projeto do sistema de conversão de energia, uma vez que pequenas variações em alguns parâmetros de projeto podem causar variações significantes no potência elétrica de saída, o que sugere fortemente que incertezas sejam levadas em conta no projeto de um conversar de energia.