Estrutura multidomínio para dinâmica eletromecânica comutada

Em todos os setores, a sustentabilidade e a eficiência energética tornaram-se preocupações prementes, e a robótica não é exceção.

Até agora, no entanto, os pesquisadores que buscam prever o uso de energia de sistemas robóticos foram forçados a confiar em um método fragmentado que fornece apenas aproximações aproximadas sob condições limitadas. Isso ocorre porque, embora um atuador – o dispositivo que converte energia elétrica em força mecânica e, portanto, movimento – seja composto de várias partes, as abordagens atuais analisam apenas o próprio motor, em vez de considerar os controladores que também influenciam.

“Os modelos existentes de consumo de energia dos atuadores geralmente omitem a consideração dos circuitos conversores de energia de comutação necessários para controle direcional, de velocidade ou de torque, então estabelecemos uma estrutura multidomínio para dinâmica eletromecânica comutada”, NYU Tandon Associate Professor de Engenharia Mecânica e Aeroespacial Joo H. Kim diz sobre o trabalho, que foi publicado recentemente na Caos: uma revista interdisciplinar de ciência não linear.

“A dinâmica eletromecânica comutada de um servomotor é derivada dos modelos individuais do motor DC interno, trem de engrenagens e circuito de ponte H. Os modelos acoplados integram de forma abrangente todas as configurações de comutação distintas possíveis de estado ligado, estado desligado e morto Tempo.”

Como resultado do modelo nunca antes publicado, os especialistas em robótica serão capazes de prever com precisão o consumo de energia do atuador como um todo – e efetivamente minimizar esse consumo. Além disso, como explica Kim, a abordagem revolucionária de sua equipe também pode ser aplicável a sistemas eletromecânicos gerais com controle baseado em comutação, como os usados ​​em veículos elétricos. O objetivo final da pesquisa, que foi apoiado em parte pela NSF e pela Mitsui US Foundation, é melhorar a eficiência energética em todos os sistemas de alta mobilidade projetados para tarefas complexas.

A equipe – que inclui o professor de Engenharia Elétrica e de Computação Dariusz Czarkowski e Ph.D. os alunos William Z. Peng (o primeiro autor do artigo e agora um Pesquisador Associado) e Hyunjong Song do Laboratório de Dinâmica Aplicada e Otimização de Kim – têm trabalhado em sistemas simples como pêndulos e agora estão expandindo seu novo modelo para domínios mais complexos.

“É gratificante trabalhar em algo que nunca foi feito antes e que tem o potencial de melhorar enormemente a sustentabilidade em tantos setores”, diz Kim. “Considero isso uma prova da importância da colaboração entre disciplinas para um objetivo comum.”