P: Que tipos de aplicações envolvem o controle de grau múltiplo de liberdade e por quê?
Dr. Shawn You: O objetivo final é simular as condições reais de operação e caracterizar o desempenho do corpo de prova em um ambiente controlado de laboratório. O teste de Grau Múltiplo de Liberdade (DOF) é usado em muitos segmentos, geralmente, para caracterizar componentes ou estruturas grandes ou complexas. Exemplos incluem mesas vibratórias padrão e personalizadas (simuladores sísmicos), mesas de simulação multiaxiais usadas para testar componentes de veículos terrestres, plataformas de testes estruturais civis para testes de componentes de edifícios e pontes, testes de lâminas de helicópteros no setor aeroespacial e testes de bogie em trilhos.
P: Que desafios este tipo de teste apresenta?
Dr. You: A parte mais importante destes testes é controlar a força, o movimento ou a aceleração em um sistema de coordenadas globais. Isto envolve a transformação dos sistemas de coordenadas individuais dos atuadores para o sistema de coordenadas globais do sistema de teste. Quando se trata de corpos de prova muito grandes e deformações muito grandes, a matemática envolvida nestes cálculos é muito complexa.
P: Como a MTS está ajudando os pesquisadores a resolver este desafio?
Dr. You: Desenvolvemos uma ferramenta chamada Software de Controle DOF, que estabelece um sistema de coordenadas para orquestrar qualquer número de atuadores de carga em até seis graus de liberdade. O conceito por trás da ferramenta é simples. Se você pensar em dois equipamentos de teste DOF, cada atuador individual por si só fará com que o corpo de prova siga um caminho em arco. Nosso software compreende as relações entre os dois caminhos do arco, de modo que pode fornecer o controle necessário para produzir movimento vertical e lateral puro. E faz isso para qualquer número de atuadores. Também pode operar em modo de controle misto, por exemplo, controlando a força no plano vertical e o deslocamento no plano lateral.
P: Quais vantagens os clientes podem perceber quando usam o Software de Controle DOF?
Dr. You: A maior vantagem é adquirir resultados mais precisos do que você obteria de outra forma, devido à coordenação precisa de múltiplos atuadores. O Software de Controle DOF também é fácil de ser instalado pelos engenheiros de teste. É uma questão de inserir as coordenadas e algumas outras variáveis, e a operação está pronta para começar. Além disso, o software ajuda as equipes de teste a lidar com situações muito complexas, tais como um sistema com excesso de restrições.
P: Você pode explicar como o Software de Controle DOF gerencia um sistema supercontrolado?
Dr. You: Teoricamente, você pode controlar qualquer ponto do sistema de coordenadas em até seis graus de liberdade com o número de atuadores que seja igual ou maior que o número de graus de liberdade. Mas há muitas vezes quando o tamanho do corpo de prova ou a natureza da aplicação exigem que as equipes de teste usem, por exemplo, 30 atuadores. Quando se tem mais atuadores que graus de liberdade, os atuadores podem estar lutando uns contra os outros. Nosso software equilibra automaticamente os movimentos dos atuadores extras para que eles operem em boa coordenação, em vez de trabalharem uns contra os outros. Lidamos com a compensação de acoplamento cruzado de maneira semelhante. Tentar controlar sistemas com excesso de restrições ou fazer compensações cruzadas com as técnicas anteriores envolveria muito mais trabalho.
P: Qual é a alternativa para usar o Software de Controle DOF?
Dr. You: Os engenheiros de teste precisam escrever as equações explicitamente para cada transformação. Isto pode funcionar para pequenas deformações, mas para grandes deformações não é preciso. Algumas equipes de teste com as quais colaboramos desenvolveram seu próprio software para fazer isso, mas isso leva muito tempo e esforço. Outras equipes perceberam que sem a capacidade de orquestrar os atuadores com precisão, eles não poderiam fazer o teste que precisavam para executar. Com o Software de Controle DOF, as equações são formadas automaticamente e os cálculos são pré-definidos. Tudo o que a equipe de teste tem que fazer é fornecer as coordenadas da geometria do corpo de prova em um modelo.
P: Quais foram as origens do Software de Controle DOF?
Dr. You: Tudo começou com mesas vibratórias testando componentes automotivos, que utilizam muitos atuadores trabalhando em conjunto para mover a mesa dentro de um sistema de coordenadas global. A MTS desenvolveu a primeira mesa agitadora que utilizou este método particular de controle. Então percebemos que o software era extremamente útil para muitas outras aplicações de teste, então o tornamos disponível como um pacote separado.
P: Cada instância do Software de Controle DOF está ligada a um equipamento de teste personalizado específico?
Dr. You: Em termos gerais, sim. Estes são sistemas de teste personalizados. Mas incorporamos flexibilidade na solução porque o modelo do corpo de prova, que impulsiona os cálculos de transformação, pode ser modificado com relativa facilidade. Por exemplo, em uma aplicação estrutural civil, você pode precisar de uma nova configuração de atuadores para acomodar um corpo de prova de tamanho diferente, ou em uma orientação diferente. Nossa equipe pode ajudar os clientes a adaptar o modelo para estas necessidades, para que possam usar seu equipamento de teste e software personalizados para mais de uma aplicação. Aplicamos o Software de Controle DOF a centenas de sistemas e temos décadas de experiência em resolver esses problemas para clientes de muitos segmentos.
Dr. Shawn You: O objetivo final é simular as condições reais de operação e caracterizar o desempenho do corpo de prova em um ambiente controlado de laboratório. O teste de Grau Múltiplo de Liberdade (DOF) é usado em muitos segmentos, geralmente, para caracterizar componentes ou estruturas grandes ou complexas. Exemplos incluem mesas vibratórias padrão e personalizadas (simuladores sísmicos), mesas de simulação multiaxiais usadas para testar componentes de veículos terrestres, plataformas de testes estruturais civis para testes de componentes de edifícios e pontes, testes de lâminas de helicópteros no setor aeroespacial e testes de bogie em trilhos.
P: Que desafios este tipo de teste apresenta?
Dr. You: A parte mais importante destes testes é controlar a força, o movimento ou a aceleração em um sistema de coordenadas globais. Isto envolve a transformação dos sistemas de coordenadas individuais dos atuadores para o sistema de coordenadas globais do sistema de teste. Quando se trata de corpos de prova muito grandes e deformações muito grandes, a matemática envolvida nestes cálculos é muito complexa.
P: Como a MTS está ajudando os pesquisadores a resolver este desafio?
Dr. You: Desenvolvemos uma ferramenta chamada Software de Controle DOF, que estabelece um sistema de coordenadas para orquestrar qualquer número de atuadores de carga em até seis graus de liberdade. O conceito por trás da ferramenta é simples. Se você pensar em dois equipamentos de teste DOF, cada atuador individual por si só fará com que o corpo de prova siga um caminho em arco. Nosso software compreende as relações entre os dois caminhos do arco, de modo que pode fornecer o controle necessário para produzir movimento vertical e lateral puro. E faz isso para qualquer número de atuadores. Também pode operar em modo de controle misto, por exemplo, controlando a força no plano vertical e o deslocamento no plano lateral.
P: Quais vantagens os clientes podem perceber quando usam o Software de Controle DOF?
Dr. You: A maior vantagem é adquirir resultados mais precisos do que você obteria de outra forma, devido à coordenação precisa de múltiplos atuadores. O Software de Controle DOF também é fácil de ser instalado pelos engenheiros de teste. É uma questão de inserir as coordenadas e algumas outras variáveis, e a operação está pronta para começar. Além disso, o software ajuda as equipes de teste a lidar com situações muito complexas, tais como um sistema com excesso de restrições.
P: Você pode explicar como o Software de Controle DOF gerencia um sistema supercontrolado?
Dr. You: Teoricamente, você pode controlar qualquer ponto do sistema de coordenadas em até seis graus de liberdade com o número de atuadores que seja igual ou maior que o número de graus de liberdade. Mas há muitas vezes quando o tamanho do corpo de prova ou a natureza da aplicação exigem que as equipes de teste usem, por exemplo, 30 atuadores. Quando se tem mais atuadores que graus de liberdade, os atuadores podem estar lutando uns contra os outros. Nosso software equilibra automaticamente os movimentos dos atuadores extras para que eles operem em boa coordenação, em vez de trabalharem uns contra os outros. Lidamos com a compensação de acoplamento cruzado de maneira semelhante. Tentar controlar sistemas com excesso de restrições ou fazer compensações cruzadas com as técnicas anteriores envolveria muito mais trabalho.
P: Qual é a alternativa para usar o Software de Controle DOF?
Dr. You: Os engenheiros de teste precisam escrever as equações explicitamente para cada transformação. Isto pode funcionar para pequenas deformações, mas para grandes deformações não é preciso. Algumas equipes de teste com as quais colaboramos desenvolveram seu próprio software para fazer isso, mas isso leva muito tempo e esforço. Outras equipes perceberam que sem a capacidade de orquestrar os atuadores com precisão, eles não poderiam fazer o teste que precisavam para executar. Com o Software de Controle DOF, as equações são formadas automaticamente e os cálculos são pré-definidos. Tudo o que a equipe de teste tem que fazer é fornecer as coordenadas da geometria do corpo de prova em um modelo.
P: Quais foram as origens do Software de Controle DOF?
Dr. You: Tudo começou com mesas vibratórias testando componentes automotivos, que utilizam muitos atuadores trabalhando em conjunto para mover a mesa dentro de um sistema de coordenadas global. A MTS desenvolveu a primeira mesa agitadora que utilizou este método particular de controle. Então percebemos que o software era extremamente útil para muitas outras aplicações de teste, então o tornamos disponível como um pacote separado.
P: Cada instância do Software de Controle DOF está ligada a um equipamento de teste personalizado específico?
Dr. You: Em termos gerais, sim. Estes são sistemas de teste personalizados. Mas incorporamos flexibilidade na solução porque o modelo do corpo de prova, que impulsiona os cálculos de transformação, pode ser modificado com relativa facilidade. Por exemplo, em uma aplicação estrutural civil, você pode precisar de uma nova configuração de atuadores para acomodar um corpo de prova de tamanho diferente, ou em uma orientação diferente. Nossa equipe pode ajudar os clientes a adaptar o modelo para estas necessidades, para que possam usar seu equipamento de teste e software personalizados para mais de uma aplicação. Aplicamos o Software de Controle DOF a centenas de sistemas e temos décadas de experiência em resolver esses problemas para clientes de muitos segmentos.
