Identificação e previsão neural de atuadores com memória de forma na presença de deformação residual significativa
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/12693 |
Resumo: | This work aims to develop of artificial neural networks to identify the behavior of shape memory alloys applied as thermomechanical actuators, presenting considerable irreversible deformation. The accumulation of the residual deformation during the phase transformation of the shape memory actuators degrades the dimensional stability and modifies its hysteretic behavior, which difficults the design and control of these materials. For the learning of the neural model, nickel-titanium wires are exposed to two distinct conditions, training the shape memory material through twenty-five phase transformation cycles and the subsequent thermal cycling for one thousand five hundred cycles. The data of temperature and deformation of these two situations are used for identification and for validation of the two implemented models, the one-stepahead prediction and the multiple predictions of the evolution of the irreversible deformation. From the comparison between the experimental data and the estimates valus, it is observed that the one-step-ahead neural network adequately characterizes the elongation of the actuator, the decrease of the maximum transformation strain and the degradation of the actuator hysteresis. Further, although the performance of the multiple output neural architecture exhibits an average relative absolute error close to 3% for the studied conditions, a smaller accuracy in the identification of the shape memory material is observed, especially in the maximum and minimum values of the deformation in each cycle. |
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Identificação e previsão neural de atuadores com memória de forma na presença de deformação residual significativaLigas com memória de formaRedes neurais artificiaisRedes neurais recorrentesIdentificação de sistemasShape memory alloysArtificial neural networksRecurrent neural networksSystems identificationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThis work aims to develop of artificial neural networks to identify the behavior of shape memory alloys applied as thermomechanical actuators, presenting considerable irreversible deformation. The accumulation of the residual deformation during the phase transformation of the shape memory actuators degrades the dimensional stability and modifies its hysteretic behavior, which difficults the design and control of these materials. For the learning of the neural model, nickel-titanium wires are exposed to two distinct conditions, training the shape memory material through twenty-five phase transformation cycles and the subsequent thermal cycling for one thousand five hundred cycles. The data of temperature and deformation of these two situations are used for identification and for validation of the two implemented models, the one-stepahead prediction and the multiple predictions of the evolution of the irreversible deformation. From the comparison between the experimental data and the estimates valus, it is observed that the one-step-ahead neural network adequately characterizes the elongation of the actuator, the decrease of the maximum transformation strain and the degradation of the actuator hysteresis. Further, although the performance of the multiple output neural architecture exhibits an average relative absolute error close to 3% for the studied conditions, a smaller accuracy in the identification of the shape memory material is observed, especially in the maximum and minimum values of the deformation in each cycle.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqEste trabalho visa o desenvolvimento de redes neurais artificiais para a identificação do comportamento de ligas com memória de forma aplicada como atuadores termomecânicos, apresentando deformação irreversível considerável. O acúmulo da deformação residual durante a transformação de fase dos atuadores com memória de forma prejudica a estabilidade dimensional e modifica o seu comportamento histerético, fato este que dificulta o projeto e controle destes materiais. Para o aprendizado do modelo neural, fios de liga Níquel-Titânio são expostos a duas condições distintas, o treinamento do material com memória de forma através de vinte e cinco ciclos de transformação de fase e a ciclagem térmica subsequente ao treino para mil e quinhentos ciclos. Os dados de temperatura e deformação destas duas situações são utilizados para identificação e para validação dos dois modelos implementados, de previsão a um passo à frente e de múltiplas previsões da evolução da deformação irreversível. A partir da comparação entre os dados experimentais e os estimados é observado que a rede neural a um passo à frente caracteriza adequadamente o alongamento do atuador, a diminuição da máxima deformação de transformação e a degradação da histerese do atuador. Ademais, apesar do desempenho da arquitetura neural de múltiplas saídas exibir erro absoluto relativo médio próximo de 3% para as condições estudadas, é observado uma menor precisão na identificação do material com memória de forma, principalmente nos valores de máximo e mínimo da deformação em cada ciclo.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia ElétricaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFPBSouto, Cicero da Rochahttp://lattes.cnpq.br/4099240444291318Nicolau, Lucas Feitosa2018-12-18T17:17:46Z2018-12-182018-12-18T17:17:46Z2018-07-11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/12693porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2018-12-18T17:17:46Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/12693Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2018-12-18T17:17:46Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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This work aims to develop of artificial neural networks to identify the behavior of shape memory alloys applied as thermomechanical actuators, presenting considerable irreversible deformation. The accumulation of the residual deformation during the phase transformation of the shape memory actuators degrades the dimensional stability and modifies its hysteretic behavior, which difficults the design and control of these materials. For the learning of the neural model, nickel-titanium wires are exposed to two distinct conditions, training the shape memory material through twenty-five phase transformation cycles and the subsequent thermal cycling for one thousand five hundred cycles. The data of temperature and deformation of these two situations are used for identification and for validation of the two implemented models, the one-stepahead prediction and the multiple predictions of the evolution of the irreversible deformation. From the comparison between the experimental data and the estimates valus, it is observed that the one-step-ahead neural network adequately characterizes the elongation of the actuator, the decrease of the maximum transformation strain and the degradation of the actuator hysteresis. Further, although the performance of the multiple output neural architecture exhibits an average relative absolute error close to 3% for the studied conditions, a smaller accuracy in the identification of the shape memory material is observed, especially in the maximum and minimum values of the deformation in each cycle. |
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