The Experts below are selected from a list of 276 Experts worldwide ranked by ideXlab platform
Majdoub Fida - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
-
Technique innovante pour mesurer le frottement faible : analyse de l'aspect dynamique des réponses libres caractérisées par un mouvement oscillatoire amorti
2013Co-Authors: Majdoub FidaAbstract:Réduire l’énergie générée par le frottement et dissipée dans les systèmes mécaniques réels est un des challenges actuels en tribologie. Ce point représente une importance toute particulière dans le domaine des transports terrestres. En réponse à cette nécessité, les constructeurs automobiles se concentrent sur la réduction de la consommation d'énergie en sélectionnant des lubrifiants et des matériaux appropriés d'une part et les systèmes mécaniques performants d'autre part. Grâce à leurs propriétés physiques et tribologiques en termes de réduction de la friction et de l'usure, les couches minces de DLC (Diamond-like Carbon) sont considérées comme l'une des solutions. Le comportement tribologique de couches minces de ta-C (carbone amorphe très dur dépourvu d’hydrogène) et de a-C:H (carbone amorphe hydrogéné) est ici exploré. D’autre part, des “lubrifiants verts“ et des additifs participant aussi à la réduction du frottement et de l'usure sont testés. Ces essais sont effectués dans différentes conditions en utilisant une nouvelle méthodologie expérimentale. Le tribomètre dynamique oscillant développé au LTDS possède la capacité de quantifier avec une très grande précision et sans recourir à une quelconque mesure de force, des niveaux de frottement faibles (dans la gamme 10 – 5 à 10 – 2), et permet en plus d’identifier différentes contributions du frottement. Dans un premier temps, une loi de frottement linéaire a été utilisée afin d’évaluer deux contributions de frottement. La première, μ0 est le coefficient transitoire de frottement quand la vitesse s’annule au changement de direction (du type frottement de Coulomb). La seconde, μ1, est une contribution dépendante de la vitesse de glissement. Ensuite, une étude numérique a été réalisée en appliquant une loi de frottement quadratique afin de mieux comprendre l'aspect dynamique des réponses libres. Cela nous a permis d'étudier numériquement la décroissance d’amplitude des oscillations déterminée grâce à la méthode de moindres carrés. Nous nous intéressons aussi à l‘étude des formes de l'enveloppe de ces oscillations en relation avec le modèle de frottement. Les résultats numériques et expérimentaux pour les lois de frottement linéaire et quadratique sont ensuite comparés. En complément, nous avons mesuré la force tangentielle correspondant aux tribosystèmes testés. Finalement, nous avons étudié numériquement un système dynamique masse-ressort à un degré de liberté, modélisé par la loi de frottement LuGre. Cette loi est décrite par le phénomène d’hystérésis et l’effet de décalage de temps qui ont été détectés expérimentalement. Les résultats expérimentaux obtenus avec le tribomètre oscillant montrent qu'ils sont qualitativement comparables à ceux obtenus en configuration classique cylindre-plan, travaillant à vitesse de glissement constante. Dans tous les cas, les résultats montrent la supériorité du tribosystème ta-C/ta-C dans la réduction du frottement μ0. De plus, les résultats numériques et expérimentaux sont cohérents. Cette étude montre qu’une loi de frottement quadratique est capable de décrire correctement toutes les formes d’enveloppes obtenues expérimentalement : droite, convexe, concave et une combinaison des formes convexe et concave.Controlling friction is a one of the most significant challenges in the field of tribology. Its major purpose is directed towards the reduction of energy in real mechanical Systems, especially in the area of transportation. In response to this necessity, the automobile industries are emphasizing on minimizing the consumption of energy by selecting the appropriate lubricants and materials on one hand and mechanical System with high performance on the other hand. DLC (Diamond-like carbon) coated surfaces are considered one of the solutions thanks to their physical and tribological properties in reducing friction and wear. In this study, we have been interested in investigating the friction behavior of both amorphous hydrogenated (a-C:H) and hydrogen-free tetrahedral amorphous carbon (ta-C) DLC coatings. Furthermore, some “green lubricants” and additives are tested which play a role in reducing friction and wear. These latter tests are performed at different operating conditions using a new experimental methodology, known as the dynamic Oscillating tribometer. This original tribometer, developed at the Laboratory of Tribology and System Dynamics (LTDS), is able to measure the oscillatory motion corresponding to various triboSystems having low friction. This technique has the ability to quantify with remarkable precision and without any force transducer, low friction values (in the range of 10 – 5 to 10 – 2 ) and also to evaluate different friction contributions from the displacement and velocity-time responses of a mass-springdamper Oscillating System. First, a linear friction law has been used for the Systems tested in order to calculate two contributions of friction. The first one, μ0 is the transient friction coefficient at zero speed and the second one (Coulomb-type fiction), μ is a velocitydependent friction coefficient. Then, a numerical study is carried out in order to better understand the dynamic aspect of the oscillatory vibratory free responses. A quadratic friction law is used to model on the mechanical System of the apparatus. This allows us to study numerically the behavior of the decreasing amplitudes of the damping responses which are determined using the Averaging method. Furthermore, we are interested in studying the various forms of these oscillations’ envelop in relation with the polynomial expansion of the friction model. Also, numerical and experimental results are compared using both the linear and quadratic friction models. In addition, a particular attention is given to the measured tangential forces corresponding to our triboSystems. Finally, we study numerically a damped mass-spring single degree-of-freedom mechanical System, induced by LuGre friction law described by both hysteresis and lag effect which have been detected experimentally. Results show that friction tests performed with the Oscillating tribometer can be qualitatively compared to those obtained with a conventional tribometer. Moreover, ta-C/ta-C surfaces reveal the lowest friction μ0 when tested by both Oscillating and reciprocating tribometers. Also, both numerical and experimental results are found to be of good agreement. This study shows that a quadratic friction law is able to describe correctly the envelopes observed in our experimental tests: straight, convex, concave and a combination of both convex and concave
-
Innovative measurement of ultra-low friction : analysis of dynamic free responses characterized by damped oscillatory motion
HAL CCSD, 2013Co-Authors: Majdoub FidaAbstract:Controlling friction is a one of the most significant challenges in the field of tribology. Its major purpose is directed towards the reduction of energy in real mechanical Systems, especially in the area of transportation. In response to this necessity, the automobile industries are emphasizing on minimizing the consumption of energy by selecting the appropriate lubricants and materials on one hand and mechanical System with high performance on the other hand. DLC (Diamond-like carbon) coated surfaces are considered one of the solutions thanks to their physical and tribological properties in reducing friction and wear. In this study, we have been interested in investigating the friction behavior of both amorphous hydrogenated (a-C:H) and hydrogen-free tetrahedral amorphous carbon (ta-C) DLC coatings. Furthermore, some “green lubricants” and additives are tested which play a role in reducing friction and wear. These latter tests are performed at different operating conditions using a new experimental methodology, known as the dynamic Oscillating tribometer. This original tribometer, developed at the Laboratory of Tribology and System Dynamics (LTDS), is able to measure the oscillatory motion corresponding to various triboSystems having low friction. This technique has the ability to quantify with remarkable precision and without any force transducer, low friction values (in the range of 10 – 5 to 10 – 2 ) and also to evaluate different friction contributions from the displacement and velocity-time responses of a mass-springdamper Oscillating System. First, a linear friction law has been used for the Systems tested in order to calculate two contributions of friction. The first one, μ0 is the transient friction coefficient at zero speed and the second one (Coulomb-type fiction), μ is a velocitydependent friction coefficient. Then, a numerical study is carried out in order to better understand the dynamic aspect of the oscillatory vibratory free responses. A quadratic friction law is used to model on the mechanical System of the apparatus. This allows us to study numerically the behavior of the decreasing amplitudes of the damping responses which are determined using the Averaging method. Furthermore, we are interested in studying the various forms of these oscillations’ envelop in relation with the polynomial expansion of the friction model. Also, numerical and experimental results are compared using both the linear and quadratic friction models. In addition, a particular attention is given to the measured tangential forces corresponding to our triboSystems. Finally, we study numerically a damped mass-spring single degree-of-freedom mechanical System, induced by LuGre friction law described by both hysteresis and lag effect which have been detected experimentally. Results show that friction tests performed with the Oscillating tribometer can be qualitatively compared to those obtained with a conventional tribometer. Moreover, ta-C/ta-C surfaces reveal the lowest friction μ0 when tested by both Oscillating and reciprocating tribometers. Also, both numerical and experimental results are found to be of good agreement. This study shows that a quadratic friction law is able to describe correctly the envelopes observed in our experimental tests: straight, convex, concave and a combination of both convex and concave.Réduire l’énergie générée par le frottement et dissipée dans les systèmes mécaniques réels est un des challenges actuels en tribologie. Ce point représente une importance toute particulière dans le domaine des transports terrestres. En réponse à cette nécessité, les constructeurs automobiles se concentrent sur la réduction de la consommation d'énergie en sélectionnant des lubrifiants et des matériaux appropriés d'une part et les systèmes mécaniques performants d'autre part. Grâce à leurs propriétés physiques et tribologiques en termes de réduction de la friction et de l'usure, les couches minces de DLC (Diamond-like Carbon) sont considérées comme l'une des solutions. Le comportement tribologique de couches minces de ta-C (carbone amorphe très dur dépourvu d’hydrogène) et de a-C:H (carbone amorphe hydrogéné) est ici exploré. D’autre part, des “lubrifiants verts“ et des additifs participant aussi à la réduction du frottement et de l'usure sont testés. Ces essais sont effectués dans différentes conditions en utilisant une nouvelle méthodologie expérimentale. Le tribomètre dynamique oscillant développé au LTDS possède la capacité de quantifier avec une très grande précision et sans recourir à une quelconque mesure de force, des niveaux de frottement faibles (dans la gamme 10 – 5 à 10 – 2), et permet en plus d’identifier différentes contributions du frottement. Dans un premier temps, une loi de frottement linéaire a été utilisée afin d’évaluer deux contributions de frottement. La première, μ0 est le coefficient transitoire de frottement quand la vitesse s’annule au changement de direction (du type frottement de Coulomb). La seconde, μ1, est une contribution dépendante de la vitesse de glissement. Ensuite, une étude numérique a été réalisée en appliquant une loi de frottement quadratique afin de mieux comprendre l'aspect dynamique des réponses libres. Cela nous a permis d'étudier numériquement la décroissance d’amplitude des oscillations déterminée grâce à la méthode de moindres carrés. Nous nous intéressons aussi à l‘étude des formes de l'enveloppe de ces oscillations en relation avec le modèle de frottement. Les résultats numériques et expérimentaux pour les lois de frottement linéaire et quadratique sont ensuite comparés. En complément, nous avons mesuré la force tangentielle correspondant aux tribosystèmes testés. Finalement, nous avons étudié numériquement un système dynamique masse-ressort à un degré de liberté, modélisé par la loi de frottement LuGre. Cette loi est décrite par le phénomène d’hystérésis et l’effet de décalage de temps qui ont été détectés expérimentalement. Les résultats expérimentaux obtenus avec le tribomètre oscillant montrent qu'ils sont qualitativement comparables à ceux obtenus en configuration classique cylindre-plan, travaillant à vitesse de glissement constante. Dans tous les cas, les résultats montrent la supériorité du tribosystème ta-C/ta-C dans la réduction du frottement μ0. De plus, les résultats numériques et expérimentaux sont cohérents. Cette étude montre qu’une loi de frottement quadratique est capable de décrire correctement toutes les formes d’enveloppes obtenues expérimentalement : droite, convexe, concave et une combinaison des formes convexe et concave
-
Technique innovante pour mesurer le frottement faible (analyse de l'aspect dynamique des réponses libres caractérisées par un mouvement oscillatoire amorti)
2013Co-Authors: Majdoub Fida, Perret-liaude Joël, Marti Jean-michelAbstract:Réduire l énergie générée par le frottement et dissipée dans les systèmes mécaniques réels est un des challenges actuels en tribologie. Ce point représente une importance toute particulière dans le domaine des transports terrestres. En réponse à cette nécessité, les constructeurs automobiles se concentrent sur la réduction de la consommation d'énergie en sélectionnant des lubrifiants et des matériaux appropriés d'une part et les systèmes mécaniques performants d'autre part. Grâce à leurs propriétés physiques et tribologiques en termes de réduction de la friction et de l'usure, les couches minces de DLC (Diamond-like Carbon) sont considérées comme l'une des solutions. Le comportement tribologique de couches minces de ta-C (carbone amorphe très dur dépourvu d hydrogène) et de a-C:H (carbone amorphe hydrogéné) est ici exploré. D autre part, des lubrifiants verts et des additifs participant aussi à la réduction du frottement et de l'usure sont testés. Ces essais sont effectués dans différentes conditions en utilisant une nouvelle méthodologie expérimentale. Le tribomètre dynamique oscillant développé au LTDS possède la capacité de quantifier avec une très grande précision et sans recourir à une quelconque mesure de force, des niveaux de frottement faibles (dans la gamme 10 5 à 10 2), et permet en plus d identifier différentes contributions du frottement. Dans un premier temps, une loi de frottement linéaire a été utilisée afin d évaluer deux contributions de frottement. La première, 0 est le coefficient transitoire de frottement quand la vitesse s annule au changement de direction (du type frottement de Coulomb). La seconde, 1, est une contribution dépendante de la vitesse de glissement. Ensuite, une étude numérique a été réalisée en appliquant une loi de frottement quadratique afin de mieux comprendre l'aspect dynamique des réponses libres. Cela nous a permis d'étudier numériquement la décroissance d amplitude des oscillations déterminée grâce à la méthode de moindres carrés. Nous nous intéressons aussi à l étude des formes de l'enveloppe de ces oscillations en relation avec le modèle de frottement. Les résultats numériques et expérimentaux pour les lois de frottement linéaire et quadratique sont ensuite comparés. En complément, nous avons mesuré la force tangentielle correspondant aux tribosystèmes testés. Finalement, nous avons étudié numériquement un système dynamique masse-ressort à un degré de liberté, modélisé par la loi de frottement LuGre. Cette loi est décrite par le phénomène d hystérésis et l effet de décalage de temps qui ont été détectés expérimentalement. Les résultats expérimentaux obtenus avec le tribomètre oscillant montrent qu'ils sont qualitativement comparables à ceux obtenus en configuration classique cylindre-plan, travaillant à vitesse de glissement constante. Dans tous les cas, les résultats montrent la supériorité du tribosystème ta-C/ta-C dans la réduction du frottement 0. De plus, les résultats numériques et expérimentaux sont cohérents. Cette étude montre qu une loi de frottement quadratique est capable de décrire correctement toutes les formes d enveloppes obtenues expérimentalement : droite, convexe, concave et une combinaison des formes convexe et concave.Controlling friction is a one of the most significant challenges in the field of tribology. Its major purpose is directed towards the reduction of energy in real mechanical Systems, especially in the area of transportation. In response to this necessity, the automobile industries are emphasizing on minimizing the consumption of energy by selecting the appropriate lubricants and materials on one hand and mechanical System with high performance on the other hand. DLC (Diamond-like carbon) coated surfaces are considered one of the solutions thanks to their physical and tribological properties in reducing friction and wear. In this study, we have been interested in investigating the friction behavior of both amorphous hydrogenated (a-C:H) and hydrogen-free tetrahedral amorphous carbon (ta-C) DLC coatings. Furthermore, some green lubricants and additives are tested which play a role in reducing friction and wear. These latter tests are performed at different operating conditions using a new experimental methodology, known as the dynamic Oscillating tribometer. This original tribometer, developed at the Laboratory of Tribology and System Dynamics (LTDS), is able to measure the oscillatory motion corresponding to various triboSystems having low friction. This technique has the ability to quantify with remarkable precision and without any force transducer, low friction values (in the range of 10 5 to 10 2 ) and also to evaluate different friction contributions from the displacement and velocity-time responses of a mass-springdamper Oscillating System. First, a linear friction law has been used for the Systems tested in order to calculate two contributions of friction. The first one, 0 is the transient friction coefficient at zero speed and the second one (Coulomb-type fiction), is a velocitydependent friction coefficient. Then, a numerical study is carried out in order to better understand the dynamic aspect of the oscillatory vibratory free responses. A quadratic friction law is used to model on the mechanical System of the apparatus. This allows us to study numerically the behavior of the decreasing amplitudes of the damping responses which are determined using the Averaging method. Furthermore, we are interested in studying the various forms of these oscillations envelop in relation with the polynomial expansion of the friction model. Also, numerical and experimental results are compared using both the linear and quadratic friction models. In addition, a particular attention is given to the measured tangential forces corresponding to our triboSystems. Finally, we study numerically a damped mass-spring single degree-of-freedom mechanical System, induced by LuGre friction law described by both hysteresis and lag effect which have been detected experimentally. Results show that friction tests performed with the Oscillating tribometer can be qualitatively compared to those obtained with a conventional tribometer. Moreover, ta-C/ta-C surfaces reveal the lowest friction 0 when tested by both Oscillating and reciprocating tribometers. Also, both numerical and experimental results are found to be of good agreement. This study shows that a quadratic friction law is able to describe correctly the envelopes observed in our experimental tests: straight, convex, concave and a combination of both convex and concave.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF
Lores Garcia Eduard - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
-
Aportació a l'estudi de la reducció de vibracions residuals en transitoris de moviment generats mitjançant accionaments de cinemàtica no lineal
Universitat Politècnica de Catalunya, 2017Co-Authors: Lores Garcia EduardAbstract:Machines and mechanisms can usually exhibit a vibratory behavior during operation since they are formed by deformable solids of non-negligible mass and non-rigid joints. This oscillatory behavior can be shown for transient excitations caused by both external forces and internal inertia movements. Normally, this kind of vibrations are still present even after the end of the transient, and can negatively influence the correct operation of the System. Remaining oscillations in the System once the transient excitement has finished are called residual vibrations. On the other hand, the drive that moves a machine generally requires a non-unitary transmission ratio in order to adjust the torque -or force- and the speed of the drive with the movement of the load. With the objective of achieving the desired ratio, one may think about using elements with lineal kinematics -or roughly linear- such as, for example, gears, belts or chains. However, gears and chains introduce plays in the System that may hinderits control and its correct operation. In addition, this fact may produce the uncontrolled excitation of some of its own vibration modes, which makes it difficult to reduce residual vibrations. Regarding belts, they add an additional stiffness low enough to introduce a relevant vibration mode as regards the control of residual vibrations. Another possible solution is to use one degree of freedom bar mechanisms with non-linear kinematics and planar motion that works around a dead point configuration. This optionallows to notably reduce the plays introduced in the System and achieve high transmission ratios, but implies the study in detail of the inverse kinematics around these configurations. In this dissertation the generation of excitation or control signals in mechanical Systems in order to minimize the appearance of residual vibrations is proposed. The transmission of the motion is carried out through one degree of freedom non-linear kinematic drives with planar motion. In general, in linear kinematic transmission mechanisms -or roughly linear-, the desired motion law at the output of the drive is nearly the same than the inputsignal to the corresponding control. In the proposed development, however, as non-lineal kinematics transmissions are used near dead point configurations, the control signal of the drive and the resulting motion law differ considerably. On the other hand, the feasibility of control signal design of the drive depends to a great extend on the conditions of continuity of the motion law at the beginning, ending and passing through these singular configurations. The development performed is based on the resolution of the resultant indeterminacies of the inverse kinematic analysis through the use of L'Hôpital's rule to obtain the continuity relations between the control signal and the resulting law of motion. For the reduction of residual vibrations, currently knownmethods are used imposing the restrictions that entails the existence of dead points in the operating range of the mechanism. Finally, the validity of the method is verified based on experimental tests. The test bench consists of a drive formed by a direct current servomotor (DC), a transmission mechanism of a piston-slider-crank mechanism and a pendulum as an Oscillating System, whose rotation axis moves in conjunction with the piston. The goodness in the results validates the analytical study proposed.Les màquines i els mecanismes, habitualment, poden presentar un comportament vibratori en el seu funcionament ja que estan formades per sòlids deformables de massa no negligible i unions no rígides. Aquest comportament vibratori es pot posar de manifest per a excitacions transitòries provocades tant per forces externes com per moviments d’inèrcies internes. Normalment, aquest tipus de vibracions segueixen presents en acabar el transitori, i poden influir negativament en el funcionament correcte del sistema. Les oscil·lacions romanents en el sistema un cop ha finalitzat l’excitació transitòria s’anomenen vibracions residuals. En l’actualitat, les tècniques de reducció de vibracions residuals en sistemes oscil·latoris es poden dividir en dos grans grups: els que tracten d’incidir directament en la llei de moviment ja sigui modificant-la prèviament o de manera adaptativa en temps real, i els basats en el control actiu de vibracions. D’altra banda, l’accionament que mou una màquina requereix generalment d’una relació de transmissió no unitària per tal d’adequar el parell –o força– i la velocitat de l’actuador amb el moviment de la càrrega. Amb l’objectiu d’aconseguir la relació desitjada, es pot pensar en l’ús d’elements amb cinemàtica lineal –o molt aproximadament lineal– com, per exemple, engranatges, corretges o cadenes. No obstant, els engranatges i les cadenes introdueixen jocs en el sistema que poden dificultar-ne el control i el bon funcionament. A més a més, aquest fet pot provocar l’excitació no controlada d’alguns dels modes propis vibratoris de la màquina, la qual cosa dificulta la reducció de les vibracions residuals. Pel que respecte a les corretges, afegeixen una rigidesa addicional prou baixa com per a introduir un mode propi vibratori rellevant quant al control d’aquesta dinàmica no desitjada. Una alternativa possible per a evitar els inconvenients esmentats és fer ús de mecanismes de barres d’un grau de llibertat de cinemàtica no lineal i amb moviment pla que actuïn al voltant d’una configuració de punt mort. Aquesta opció permet reduir notablement els jocs introduïts en el sistema i aconseguir elevades relacions de transmissió, però comporta l’estudi en detall de la cinemàtica inversa al voltant d’aquestes configuracions. En aquesta tesi doctoral, es proposa la generació de senyals d’excitació o control en sistemes mecànics per a minimitzar l’aparició de vibracions residuals. La transmissió de moviment del sistema d’estudi es realitza mitjançant accionaments de cinemàtica no lineal d’un grau de llibertat amb moviment pla. En general, en mecanismes de transmissió de cinemàtica lineal –o gairebé lineal– la llei de moviment desitjada a la sortida de l’accionament és pràcticament idèntica al senyal de comanda o d’entrada al control corresponent. En el desenvolupament proposat, però, com s’utilitza una transmissió amb cinemàtica no lineal al voltant de configuracions de punt mort, el senyal de comanda o d’entrada a l’accionament i la llei de moviment resultant difereixen notablement. Per una altra part, la viabilitat del disseny del senyal de comanda de l’accionament, per a poder ser reproduït mitjançant actuadors elèctrics convencionals, depèn, en gran mesura, de les condicions de continuïtat de la llei de moviment a l’inici, al final i en el pas per les configuracions singulars. El desenvolupament dut a terme es basa en la resolució de les indeterminacions resultants de l’anàlisi de la cinemàtica inversa per mitjà de la regla de L’Hôpital per tal d’obtenir les relacions de continuïtat entre el senyal de comanda i la llei de moviment resultant. Per a la reducció de vibracions residuals, s’empren els mètodes coneguts actualment amb les restriccions que comporta el fet que hi hagi punts morts en el rang de funcionament del mecanisme. Els sistemes vibratoris considerats són els que es poden modelitzar com a sistemes lineals discrets d’un grau de llibertat i que es poden descriure amb equacions de moviment de paràmetres constants. Amb la finalitat de reduir les vibracions residuals d’aquests sistemes, el mètode presentat utilitza, com a funcions base, corbes de Bézier no paramètriques. Finalment, es comprova la validesa del mètode a partir d’assajos experimentals. El muntatge consta d’un accionament format per un servomotor de corrent continu (DC), un mecanisme de transmissió de pistó-biela-manovella i un pèndol com a sistema oscil·latori, l’eix de rotació del qual es mou solidari amb el pistó. En primer lloc, es valida experimentalment la continuïtat Cn mínima que ha de complir un senyal de comanda per a poder ser reproduït mitjançant un actuador elèctric convencional. Posteriorment, es realitzen quatre sèries d’experiments cadascuna de les quals consta de dos assajos. En el primer, es defineix una llei de moviment que compleix les condicions necessàries per a passar per una configuració de punt mort de l’accionament. En el segon assaig, es modifica aquest senyal per tal de reduir les vibracions residuals del pèndol. La bondat en els resultats obtinguts en els assajos valida l’estudi analític proposat.Las máquinas y mecanismos, habitualmente, pueden presentar un comportamiento vibratorio en su funcionamiento ya que están formadas por sólidos deformables de masa no despreciable y uniones no rígidas. Este comportamiento vibratorio se puede poner de manifiesto para excitaciones transitorias provocadas tanto por fuerzas externas como por movimientos de inercias internas. Normalmente, este tipo de vibraciones siguen presentes al terminar el transitorio, y pueden influir negativamente en el funcionamiento correcto del sistema. Las oscilaciones remanentes en el sistema una vez ha finalizado la excitación transitoria se conocen con el nombre de vibraciones residuales. En la actualidad, las técnicas de reducción de vibraciones residuales en sistemas oscilatorios se pueden dividir en dos grandes grupos: los que tratan de incidir directamente en la ley de movimiento ya sea modificándola previamente o de manera adaptativa en tiempo real, y los basados en el control activo de vibraciones. Por otro lado, el accionamiento que mueve una máquina requiere generalmente una relación de transmisión no unitaria para adecuar el par –o fuerza– y la velocidad del actuador con el movimiento de la carga. Con el objetivo de conseguir la relación deseada, se puede pensar en el uso de elementos de cinemática lineal –o aproximadamente lineal– como, por ejemplo, engranajes, correas o cadenas. No obstante, los engranajes y las cadenas introducen juegos en el sistema que pueden dificultar su control y su buen funcionamiento. Además, este hecho puede provocar la excitación no controlada de algunos de sus modos propios vibratorios, lo que dificulta la reducción de las vibraciones residuales. Con respecto a las correas, añaden una rigidez adicional suficientemente baja como para introducir un modo propio vibratorio relevante en cuanto al control de las vibraciones residuales. Otra alternativa posible es hacer uso de mecanismos de barras de un grado de libertad de cinemática no lineal y con movimiento plano que actúen alrededor de una configuración de punto muerto. Esta opción permite reducir notablemente los juegos introducidos en el sistema y conseguir elevadas relaciones de transmisión, pero implica el estudio en detalle de la cinemática inversa alrededor de estas configuraciones. En esta tesis doctoral, se propone la generación de señales de excitación o control en sistemas mecánicos para minimizar la aparición de vibraciones residuales. La transmisión de movimiento del sistema de estudio se realiza mediante accionamientos de cinemática no lineal de un grado de libertad con movimiento plano. En general, en mecanismos de transmisión de cinemática lineal –o casi lineal– la ley de movimiento deseada en la salida del accionamiento es prácticamente idéntica a la señal de entrada al control correspondiente. En el desarrollo propuesto, no obstante, como se utiliza una transmisión con cinemática no lineal alrededor de una configuración de punto muerto, la señal de control o de entrada al accionamiento y la ley de movimiento resultante difieren notablemente. Por otro parte, la viabilidad del diseño de la señal de control del accionamiento, para poder ser reproducida mediante actuadores eléctricos convencionales, depende, en gran medida, de las condiciones de continuidad de la ley de movimiento en el inicio, final y en el paso por estas configuraciones singulares. El desarrollo realizado se basa en la resolución de las indeterminaciones resultantes del análisis de la cinemática inversa por medio de la regla de L’Hôpital para obtener las relaciones de continuidad entre la señal de control y la ley de movimiento resultante. Para la reducción de vibraciones residuales, se utilizan los métodos conocidos actualmente imponiendo las restricciones que conlleva el hecho de que haya puntos muertos en el rango de funcionamiento del mecanismo. Los sistemas vibratorios considerados en esta tesis son los que se pueden modelizar como sistemas lineales discretos de un grado de libertad y que se pueden describir mediante ecuaciones de movimiento de parámetros constantes. Con la finalidad de reducir las vibraciones residuales de estos sistemas, el método presentado en esta tesis utiliza, como funciones base, curvas de Bézier no paramétricas. Finalmente, se comprueba la validez del método a partir de ensayos experimentales. El montaje consta de un accionamiento formado por un servomotor de corriente continua (DC), un mecanismo de transmissión de pistón-biela-manivela y un péndulo como sistema oscilatorio, cuyo eje de rotación se mueve solidario con el pistón. En primer lugar, se valida experimentalmente la continuidad Cn mínima que tiene que cumplir una señal de control para poder ser reproducida mediante un actuador eléctrico convencional. Posteriormente, se realizan cuatro series de experimentos cada una de las cuales consta de dos ensayos. En el primero, se define una ley de movimiento que cumple las condiciones necesarias para pasar por una configuración de punto muerto del accionamiento. En el segundo ensayo, se modifica esta señal para reducir las vibraciones residuales del péndulo. La bondad en los resultados obtenidos en los ensayos valida el estudio analítico propuest
-
Aportació a l'estudi de la reducció de vibracions residuals en transitoris de moviment generats mitjançant accionaments de cinemàtica no lineal
Universitat Politècnica de Catalunya, 2017Co-Authors: Lores Garcia EduardAbstract:Machines and mechanisms can usually exhibit a vibratory behavior during operation since they are formed by deformable solids of non-negligible mass and non-rigid joints. This oscillatory behavior can be shown for transient excitations caused by both external forces and internal inertia movements. Normally, this kind of vibrations are still present even after the end of the transient, and can negatively influence the correct operation of the System. Remaining oscillations in the System once the transient excitement has finished are called residual vibrations. On the other hand, the drive that moves a machine generally requires a non-unitary transmission ratio in order to adjust the torque -or force- and the speed of the drive with the movement of the load. With the objective of achieving the desired ratio, one may think about using elements with lineal kinematics -or roughly linear- such as, for example, gears, belts or chains. However, gears and chains introduce plays in the System that may hinderits control and its correct operation. In addition, this fact may produce the uncontrolled excitation of some of its own vibration modes, which makes it difficult to reduce residual vibrations. Regarding belts, they add an additional stiffness low enough to introduce a relevant vibration mode as regards the control of residual vibrations. Another possible solution is to use one degree of freedom bar mechanisms with non-linear kinematics and planar motion that works around a dead point configuration. This optionallows to notably reduce the plays introduced in the System and achieve high transmission ratios, but implies the study in detail of the inverse kinematics around these configurations. In this dissertation the generation of excitation or control signals in mechanical Systems in order to minimize the appearance of residual vibrations is proposed. The transmission of the motion is carried out through one degree of freedom non-linear kinematic drives with planar motion. In general, in linear kinematic transmission mechanisms -or roughly linear-, the desired motion law at the output of the drive is nearly the same than the inputsignal to the corresponding control. In the proposed development, however, as non-lineal kinematics transmissions are used near dead point configurations, the control signal of the drive and the resulting motion law differ considerably. On the other hand, the feasibility of control signal design of the drive depends to a great extend on the conditions of continuity of the motion law at the beginning, ending and passing through these singular configurations. The development performed is based on the resolution of the resultant indeterminacies of the inverse kinematic analysis through the use of L'Hôpital's rule to obtain the continuity relations between the control signal and the resulting law of motion. For the reduction of residual vibrations, currently knownmethods are used imposing the restrictions that entails the existence of dead points in the operating range of the mechanism. Finally, the validity of the method is verified based on experimental tests. The test bench consists of a drive formed by a direct current servomotor (DC), a transmission mechanism of a piston-slider-crank mechanism and a pendulum as an Oscillating System, whose rotation axis moves in conjunction with the piston. The goodness in the results validates the analytical study proposed.Les màquines i els mecanismes, habitualment, poden presentar un comportament vibratori en el seu funcionament ja que estan formades per sòlids deformables de massa no negligible i unions no rígides. Aquest comportament vibratori es pot posar de manifest per a excitacions transitòries provocades tant per forces externes com per moviments d’inèrcies internes. Normalment, aquest tipus de vibracions segueixen presents en acabar el transitori, i poden influir negativament en el funcionament correcte del sistema. Les oscil·lacions romanents en el sistema un cop ha finalitzat l’excitació transitòria s’anomenen vibracions residuals. En l’actualitat, les tècniques de reducció de vibracions residuals en sistemes oscil·latoris es poden dividir en dos grans grups: els que tracten d’incidir directament en la llei de moviment ja sigui modificant-la prèviament o de manera adaptativa en temps real, i els basats en el control actiu de vibracions. D’altra banda, l’accionament que mou una màquina requereix generalment d’una relació de transmissió no unitària per tal d’adequar el parell –o força– i la velocitat de l’actuador amb el moviment de la càrrega. Amb l’objectiu d’aconseguir la relació desitjada, es pot pensar en l’ús d’elements amb cinemàtica lineal –o molt aproximadament lineal– com, per exemple, engranatges, corretges o cadenes. No obstant, els engranatges i les cadenes introdueixen jocs en el sistema que poden dificultar-ne el control i el bon funcionament. A més a més, aquest fet pot provocar l’excitació no controlada d’alguns dels modes propis vibratoris de la màquina, la qual cosa dificulta la reducció de les vibracions residuals. Pel que respecte a les corretges, afegeixen una rigidesa addicional prou baixa com per a introduir un mode propi vibratori rellevant quant al control d’aquesta dinàmica no desitjada. Una alternativa possible per a evitar els inconvenients esmentats és fer ús de mecanismes de barres d’un grau de llibertat de cinemàtica no lineal i amb moviment pla que actuïn al voltant d’una configuració de punt mort. Aquesta opció permet reduir notablement els jocs introduïts en el sistema i aconseguir elevades relacions de transmissió, però comporta l’estudi en detall de la cinemàtica inversa al voltant d’aquestes configuracions. En aquesta tesi doctoral, es proposa la generació de senyals d’excitació o control en sistemes mecànics per a minimitzar l’aparició de vibracions residuals. La transmissió de moviment del sistema d’estudi es realitza mitjançant accionaments de cinemàtica no lineal d’un grau de llibertat amb moviment pla. En general, en mecanismes de transmissió de cinemàtica lineal –o gairebé lineal– la llei de moviment desitjada a la sortida de l’accionament és pràcticament idèntica al senyal de comanda o d’entrada al control corresponent. En el desenvolupament proposat, però, com s’utilitza una transmissió amb cinemàtica no lineal al voltant de configuracions de punt mort, el senyal de comanda o d’entrada a l’accionament i la llei de moviment resultant difereixen notablement. Per una altra part, la viabilitat del disseny del senyal de comanda de l’accionament, per a poder ser reproduït mitjançant actuadors elèctrics convencionals, depèn, en gran mesura, de les condicions de continuïtat de la llei de moviment a l’inici, al final i en el pas per les configuracions singulars. El desenvolupament dut a terme es basa en la resolució de les indeterminacions resultants de l’anàlisi de la cinemàtica inversa per mitjà de la regla de L’Hôpital per tal d’obtenir les relacions de continuïtat entre el senyal de comanda i la llei de moviment resultant. Per a la reducció de vibracions residuals, s’empren els mètodes coneguts actualment amb les restriccions que comporta el fet que hi hagi punts morts en el rang de funcionament del mecanisme. Els sistemes vibratoris considerats són els que es poden modelitzar com a sistemes lineals discrets d’un grau de llibertat i que es poden descriure amb equacions de moviment de paràmetres constants. Amb la finalitat de reduir les vibracions residuals d’aquests sistemes, el mètode presentat utilitza, com a funcions base, corbes de Bézier no paramètriques. Finalment, es comprova la validesa del mètode a partir d’assajos experimentals. El muntatge consta d’un accionament format per un servomotor de corrent continu (DC), un mecanisme de transmissió de pistó-biela-manovella i un pèndol com a sistema oscil·latori, l’eix de rotació del qual es mou solidari amb el pistó. En primer lloc, es valida experimentalment la continuïtat Cn mínima que ha de complir un senyal de comanda per a poder ser reproduït mitjançant un actuador elèctric convencional. Posteriorment, es realitzen quatre sèries d’experiments cadascuna de les quals consta de dos assajos. En el primer, es defineix una llei de moviment que compleix les condicions necessàries per a passar per una configuració de punt mort de l’accionament. En el segon assaig, es modifica aquest senyal per tal de reduir les vibracions residuals del pèndol. La bondat en els resultats obtinguts en els assajos valida l’estudi analític proposat.Las máquinas y mecanismos, habitualmente, pueden presentar un comportamiento vibratorio en su funcionamiento ya que están formadas por sólidos deformables de masa no despreciable y uniones no rígidas. Este comportamiento vibratorio se puede poner de manifiesto para excitaciones transitorias provocadas tanto por fuerzas externas como por movimientos de inercias internas. Normalmente, este tipo de vibraciones siguen presentes al terminar el transitorio, y pueden influir negativamente en el funcionamiento correcto del sistema. Las oscilaciones remanentes en el sistema una vez ha finalizado la excitación transitoria se conocen con el nombre de vibraciones residuales. En la actualidad, las técnicas de reducción de vibraciones residuales en sistemas oscilatorios se pueden dividir en dos grandes grupos: los que tratan de incidir directamente en la ley de movimiento ya sea modificándola previamente o de manera adaptativa en tiempo real, y los basados en el control activo de vibraciones. Por otro lado, el accionamiento que mueve una máquina requiere generalmente una relación de transmisión no unitaria para adecuar el par –o fuerza– y la velocidad del actuador con el movimiento de la carga. Con el objetivo de conseguir la relación deseada, se puede pensar en el uso de elementos de cinemática lineal –o aproximadamente lineal– como, por ejemplo, engranajes, correas o cadenas. No obstante, los engranajes y las cadenas introducen juegos en el sistema que pueden dificultar su control y su buen funcionamiento. Además, este hecho puede provocar la excitación no controlada de algunos de sus modos propios vibratorios, lo que dificulta la reducción de las vibraciones residuales. Con respecto a las correas, añaden una rigidez adicional suficientemente baja como para introducir un modo propio vibratorio relevante en cuanto al control de las vibraciones residuales. Otra alternativa posible es hacer uso de mecanismos de barras de un grado de libertad de cinemática no lineal y con movimiento plano que actúen alrededor de una configuración de punto muerto. Esta opción permite reducir notablemente los juegos introducidos en el sistema y conseguir elevadas relaciones de transmisión, pero implica el estudio en detalle de la cinemática inversa alrededor de estas configuraciones. En esta tesis doctoral, se propone la generación de señales de excitación o control en sistemas mecánicos para minimizar la aparición de vibraciones residuales. La transmisión de movimiento del sistema de estudio se realiza mediante accionamientos de cinemática no lineal de un grado de libertad con movimiento plano. En general, en mecanismos de transmisión de cinemática lineal –o casi lineal– la ley de movimiento deseada en la salida del accionamiento es prácticamente idéntica a la señal de entrada al control correspondiente. En el desarrollo propuesto, no obstante, como se utiliza una transmisión con cinemática no lineal alrededor de una configuración de punto muerto, la señal de control o de entrada al accionamiento y la ley de movimiento resultante difieren notablemente. Por otro parte, la viabilidad del diseño de la señal de control del accionamiento, para poder ser reproducida mediante actuadores eléctricos convencionales, depende, en gran medida, de las condiciones de continuidad de la ley de movimiento en el inicio, final y en el paso por estas configuraciones singulares. El desarrollo realizado se basa en la resolución de las indeterminaciones resultantes del análisis de la cinemática inversa por medio de la regla de L’Hôpital para obtener las relaciones de continuidad entre la señal de control y la ley de movimiento resultante. Para la reducción de vibraciones residuales, se utilizan los métodos conocidos actualmente imponiendo las restricciones que conlleva el hecho de que haya puntos muertos en el rango de funcionamiento del mecanismo. Los sistemas vibratorios considerados en esta tesis son los que se pueden modelizar como sistemas lineales discretos de un grado de libertad y que se pueden describir mediante ecuaciones de movimiento de parámetros constantes. Con la finalidad de reducir las vibraciones residuales de estos sistemas, el método presentado en esta tesis utiliza, como funciones base, curvas de Bézier no paramétricas. Finalmente, se comprueba la validez del método a partir de ensayos experimentales. El montaje consta de un accionamiento formado por un servomotor de corriente continua (DC), un mecanismo de transmissión de pistón-biela-manivela y un péndulo como sistema oscilatorio, cuyo eje de rotación se mueve solidario con el pistón. En primer lugar, se valida experimentalmente la continuidad Cn mínima que tiene que cumplir una señal de control para poder ser reproducida mediante un actuador eléctrico convencional. Posteriormente, se realizan cuatro series de experimentos cada una de las cuales consta de dos ensayos. En el primero, se define una ley de movimiento que cumple las condiciones necesarias para pasar por una configuración de punto muerto del accionamiento. En el segundo ensayo, se modifica esta señal para reducir las vibraciones residuales del péndulo. La bondad en los resultados obtenidos en los ensayos valida el estudio analítico propuestoPostprint (published version
Alexander Medvedev - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
-
hybrid observer with finite memory output error correction for linear Systems under intrinsic impulsive feedback
Nonlinear Analysis: Hybrid Systems, 2021Co-Authors: Diana Yamalova, Alexander MedvedevAbstract:Abstract A novel hybrid observer that estimates the states of an Oscillating System composed of a linear chain structure and an intrinsic pulse-modulated feedback is considered. This particular type of plant model appears in e.g. endocrine Systems with pulsatile hormone secretion. The observer reconstructs the continuous states of the model as well as the firing times and weights of the feedback impulses. Since the pulse-modulated feedback is intrinsic, no measurements of the discrete part of the plant are available to the observer. For a periodical plant solution, to reconstruct the hybrid state, the impulses in the observer have to be synchronized with those in the plant. The observer is equipped with two feedback loops driven by the output estimation error. One of these is utilized to correct the estimates of the continuous states. In contrast with previous observer designs, the estimate of the next impulse firing time is implemented by means of a finite-memory convolution operator. A pointwise mapping capturing the propagation of the continuous plant and observer states through the discrete cumulative sequence of the feedback firing instants is derived. Local stability properties of the synchronous mode are related to the spectral radius of the Jacobian of the pointwise mapping. The observer design is based on assigning a guaranteed convergence rate to the local dynamics of a synchronous mode through the output error feedback gains to the continuous and discrete part of the observer. The observation of a stable m -cycle in the plant is treated to establish a general scenario, whereas the special case of 1-cycle is worked out in detail as the most common one. A numerical example illustrates the observer performance in the case of periodic modes of low multiplicity in an impulsive model of testosterone regulation in the male. Despite the local nature of the design approach, convergence to a synchronous mode is observed for a wide range of initial conditions for the discrete state estimate in the observer.
-
robustification of the synchronous mode in a hybrid observer for a continuous System under an intrinsic pulse modulated feedback
European Control Conference, 2018Co-Authors: Diana Yamalova, Alexander MedvedevAbstract:The paper deals with a hybrid observer for an Oscillating System composed of a linear continuous chain structure controlled by an intrinsic pulse-modulated feedback. The observed plant portrays a biochemical System under pulsatile regulation, e.g., an impulsive mathematical model of endocrine regulation. The observer reconstructs the continuous states of the model from only from the continuous System output and no measurements of the discrete part of the plant, i.e., the timing of the feedback firing events, are available. The problem of enlarging the basin of attraction of a synchronous observer mode that corresponds to a zero solution of the hybrid observer error is considered. It is demonstrated that the asymmetricity of the basin of attraction in the case of a static observer gain leads to a slow observer convergence and can be effectively alleviated through the introduction of a dynamical feedback.
-
design of a hybrid observer for an oscillator with an intrinsic pulse modulated feedback
Advances in Computing and Communications, 2017Co-Authors: Diana Yamalova, Alexander MedvedevAbstract:A hybrid observer estimating the states of an Oscillating System composed of a linear chain structure and an intrinsic pulse-modulated feedback is considered. The observed plant corresponds to an intensively studied mathematical model of testosterone regulation in the male. The observer reconstructs the continuous states of the model describing the concentrations of the involved hormones as well as the firing times and weights of the feedback impulses. The pulse-modulated feedback is intrinsic and no measurements of the discrete part of the plant are available to the observer. The observer design is based on assigning, through the output error feedback gains, a guaranteed convergence rate to the local dynamics of a synchronous mode. A Poincare mapping capturing the propagation of the continuous plant and observer states through the discrete cumulative sequence of the feedback firing instants is derived. Local stability properties of the synchronous mode are related to the spectral radius of the Jacobian of the mapping.
Marti Jean-michel - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
-
Technique innovante pour mesurer le frottement faible (analyse de l'aspect dynamique des réponses libres caractérisées par un mouvement oscillatoire amorti)
2013Co-Authors: Majdoub Fida, Perret-liaude Joël, Marti Jean-michelAbstract:Réduire l énergie générée par le frottement et dissipée dans les systèmes mécaniques réels est un des challenges actuels en tribologie. Ce point représente une importance toute particulière dans le domaine des transports terrestres. En réponse à cette nécessité, les constructeurs automobiles se concentrent sur la réduction de la consommation d'énergie en sélectionnant des lubrifiants et des matériaux appropriés d'une part et les systèmes mécaniques performants d'autre part. Grâce à leurs propriétés physiques et tribologiques en termes de réduction de la friction et de l'usure, les couches minces de DLC (Diamond-like Carbon) sont considérées comme l'une des solutions. Le comportement tribologique de couches minces de ta-C (carbone amorphe très dur dépourvu d hydrogène) et de a-C:H (carbone amorphe hydrogéné) est ici exploré. D autre part, des lubrifiants verts et des additifs participant aussi à la réduction du frottement et de l'usure sont testés. Ces essais sont effectués dans différentes conditions en utilisant une nouvelle méthodologie expérimentale. Le tribomètre dynamique oscillant développé au LTDS possède la capacité de quantifier avec une très grande précision et sans recourir à une quelconque mesure de force, des niveaux de frottement faibles (dans la gamme 10 5 à 10 2), et permet en plus d identifier différentes contributions du frottement. Dans un premier temps, une loi de frottement linéaire a été utilisée afin d évaluer deux contributions de frottement. La première, 0 est le coefficient transitoire de frottement quand la vitesse s annule au changement de direction (du type frottement de Coulomb). La seconde, 1, est une contribution dépendante de la vitesse de glissement. Ensuite, une étude numérique a été réalisée en appliquant une loi de frottement quadratique afin de mieux comprendre l'aspect dynamique des réponses libres. Cela nous a permis d'étudier numériquement la décroissance d amplitude des oscillations déterminée grâce à la méthode de moindres carrés. Nous nous intéressons aussi à l étude des formes de l'enveloppe de ces oscillations en relation avec le modèle de frottement. Les résultats numériques et expérimentaux pour les lois de frottement linéaire et quadratique sont ensuite comparés. En complément, nous avons mesuré la force tangentielle correspondant aux tribosystèmes testés. Finalement, nous avons étudié numériquement un système dynamique masse-ressort à un degré de liberté, modélisé par la loi de frottement LuGre. Cette loi est décrite par le phénomène d hystérésis et l effet de décalage de temps qui ont été détectés expérimentalement. Les résultats expérimentaux obtenus avec le tribomètre oscillant montrent qu'ils sont qualitativement comparables à ceux obtenus en configuration classique cylindre-plan, travaillant à vitesse de glissement constante. Dans tous les cas, les résultats montrent la supériorité du tribosystème ta-C/ta-C dans la réduction du frottement 0. De plus, les résultats numériques et expérimentaux sont cohérents. Cette étude montre qu une loi de frottement quadratique est capable de décrire correctement toutes les formes d enveloppes obtenues expérimentalement : droite, convexe, concave et une combinaison des formes convexe et concave.Controlling friction is a one of the most significant challenges in the field of tribology. Its major purpose is directed towards the reduction of energy in real mechanical Systems, especially in the area of transportation. In response to this necessity, the automobile industries are emphasizing on minimizing the consumption of energy by selecting the appropriate lubricants and materials on one hand and mechanical System with high performance on the other hand. DLC (Diamond-like carbon) coated surfaces are considered one of the solutions thanks to their physical and tribological properties in reducing friction and wear. In this study, we have been interested in investigating the friction behavior of both amorphous hydrogenated (a-C:H) and hydrogen-free tetrahedral amorphous carbon (ta-C) DLC coatings. Furthermore, some green lubricants and additives are tested which play a role in reducing friction and wear. These latter tests are performed at different operating conditions using a new experimental methodology, known as the dynamic Oscillating tribometer. This original tribometer, developed at the Laboratory of Tribology and System Dynamics (LTDS), is able to measure the oscillatory motion corresponding to various triboSystems having low friction. This technique has the ability to quantify with remarkable precision and without any force transducer, low friction values (in the range of 10 5 to 10 2 ) and also to evaluate different friction contributions from the displacement and velocity-time responses of a mass-springdamper Oscillating System. First, a linear friction law has been used for the Systems tested in order to calculate two contributions of friction. The first one, 0 is the transient friction coefficient at zero speed and the second one (Coulomb-type fiction), is a velocitydependent friction coefficient. Then, a numerical study is carried out in order to better understand the dynamic aspect of the oscillatory vibratory free responses. A quadratic friction law is used to model on the mechanical System of the apparatus. This allows us to study numerically the behavior of the decreasing amplitudes of the damping responses which are determined using the Averaging method. Furthermore, we are interested in studying the various forms of these oscillations envelop in relation with the polynomial expansion of the friction model. Also, numerical and experimental results are compared using both the linear and quadratic friction models. In addition, a particular attention is given to the measured tangential forces corresponding to our triboSystems. Finally, we study numerically a damped mass-spring single degree-of-freedom mechanical System, induced by LuGre friction law described by both hysteresis and lag effect which have been detected experimentally. Results show that friction tests performed with the Oscillating tribometer can be qualitatively compared to those obtained with a conventional tribometer. Moreover, ta-C/ta-C surfaces reveal the lowest friction 0 when tested by both Oscillating and reciprocating tribometers. Also, both numerical and experimental results are found to be of good agreement. This study shows that a quadratic friction law is able to describe correctly the envelopes observed in our experimental tests: straight, convex, concave and a combination of both convex and concave.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF
Diana Yamalova - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
-
hybrid observer with finite memory output error correction for linear Systems under intrinsic impulsive feedback
Nonlinear Analysis: Hybrid Systems, 2021Co-Authors: Diana Yamalova, Alexander MedvedevAbstract:Abstract A novel hybrid observer that estimates the states of an Oscillating System composed of a linear chain structure and an intrinsic pulse-modulated feedback is considered. This particular type of plant model appears in e.g. endocrine Systems with pulsatile hormone secretion. The observer reconstructs the continuous states of the model as well as the firing times and weights of the feedback impulses. Since the pulse-modulated feedback is intrinsic, no measurements of the discrete part of the plant are available to the observer. For a periodical plant solution, to reconstruct the hybrid state, the impulses in the observer have to be synchronized with those in the plant. The observer is equipped with two feedback loops driven by the output estimation error. One of these is utilized to correct the estimates of the continuous states. In contrast with previous observer designs, the estimate of the next impulse firing time is implemented by means of a finite-memory convolution operator. A pointwise mapping capturing the propagation of the continuous plant and observer states through the discrete cumulative sequence of the feedback firing instants is derived. Local stability properties of the synchronous mode are related to the spectral radius of the Jacobian of the pointwise mapping. The observer design is based on assigning a guaranteed convergence rate to the local dynamics of a synchronous mode through the output error feedback gains to the continuous and discrete part of the observer. The observation of a stable m -cycle in the plant is treated to establish a general scenario, whereas the special case of 1-cycle is worked out in detail as the most common one. A numerical example illustrates the observer performance in the case of periodic modes of low multiplicity in an impulsive model of testosterone regulation in the male. Despite the local nature of the design approach, convergence to a synchronous mode is observed for a wide range of initial conditions for the discrete state estimate in the observer.
-
robustification of the synchronous mode in a hybrid observer for a continuous System under an intrinsic pulse modulated feedback
European Control Conference, 2018Co-Authors: Diana Yamalova, Alexander MedvedevAbstract:The paper deals with a hybrid observer for an Oscillating System composed of a linear continuous chain structure controlled by an intrinsic pulse-modulated feedback. The observed plant portrays a biochemical System under pulsatile regulation, e.g., an impulsive mathematical model of endocrine regulation. The observer reconstructs the continuous states of the model from only from the continuous System output and no measurements of the discrete part of the plant, i.e., the timing of the feedback firing events, are available. The problem of enlarging the basin of attraction of a synchronous observer mode that corresponds to a zero solution of the hybrid observer error is considered. It is demonstrated that the asymmetricity of the basin of attraction in the case of a static observer gain leads to a slow observer convergence and can be effectively alleviated through the introduction of a dynamical feedback.
-
design of a hybrid observer for an oscillator with an intrinsic pulse modulated feedback
Advances in Computing and Communications, 2017Co-Authors: Diana Yamalova, Alexander MedvedevAbstract:A hybrid observer estimating the states of an Oscillating System composed of a linear chain structure and an intrinsic pulse-modulated feedback is considered. The observed plant corresponds to an intensively studied mathematical model of testosterone regulation in the male. The observer reconstructs the continuous states of the model describing the concentrations of the involved hormones as well as the firing times and weights of the feedback impulses. The pulse-modulated feedback is intrinsic and no measurements of the discrete part of the plant are available to the observer. The observer design is based on assigning, through the output error feedback gains, a guaranteed convergence rate to the local dynamics of a synchronous mode. A Poincare mapping capturing the propagation of the continuous plant and observer states through the discrete cumulative sequence of the feedback firing instants is derived. Local stability properties of the synchronous mode are related to the spectral radius of the Jacobian of the mapping.
