PROJETOS CONCLUÍDOS ___________________________

Controle Avançado para Nanoposicionamento por Atuadores Piezoelétricos

Histórico: A nanotecnlogia consiste da ciência de compreensão de matéria e do seu controle em dimensões da escala de 100nm ou menos. A nanotecnologia envolve técnicas de produção de imagens, medição, e manipulação da matéria nesse nível de precisão. Um importante aspecto da pesquisa em nanotecnologia diz respeito ao controle e manipulação de precisão nanométrica de dispositivos e materiais em nanoescala, sendo o nanoposicionamento uma tecnologia chave para realizar tarefas. Nanoposicionadores são sistemas mecatrônicos de precisão que devem permitir a movimentação de objetos em pequenas distâncias com resolução que pode ir até uma fração de um diâmetro atômico. As propriedades desejáveis de um nanoposicionador são: resolução extremamente alta, acurácia, estabilidade e, resposta rápida. A literatura tem demonstrado que a chave para o nanoposicionamento é o sensoreamento acurado de posição e realimentação do movimento, sem o qual, isto é, em “malha aberta”, não se consegue chegar ao objetivo.
Nesse projeto pretendemos iniciar uma atividade em nananopocionamento aproveitando as competências do grupo de pesquisa GSCAR, do Programa de Engenharia Elétrica da COPPE/UFRJ, que vem desde 1990 desenvolvendo técnicas avançadas de controle de sistemas com incertezas tendo realizado diversas contribuições em periódicos, anais de congressos e projetos tecnológicos em controle adaptativo e controle a estrutura variável, conceitos que vem sendo utilizados na literatura por outros autores.

Objetivo: O projeto iniciado em 2007 teve por objetivo principal desenvolver técnicas avançadas de controle para realizar o posicionamento de precisão na escala nanométrica utilizando atuadores piezoelétricos (cerâmica PZT - Plumbum Zirconate Titanate) e assim desenvolver competência em uma área chave da nanotecnologia no país. Os algoritmos seriam testados em bancada experimental a ser montada no decorrer do projeto.
As metas estabelecidas para alcançar esse objetivo foram:
1- Estudar o problema de nanoposicionamento por atuadores piezoelétricos (PZT): levantamento bibliográfico, identificação das dificuldades de controle em escala nanométrica, modelagem do atuador PZT (esse item já está bastante avançado sendo objeto de uma tese de mestrado). Um dos problemas cruciais bem conhecidos é o fenômeno de histerese exibido pelo PZT, que tem sido uma dificuldade importante para realizar o controle de posição, uma vez que causa uma perda significativa da precisão do posicionamento em malha aberta.
2- Escolha dos modelos do PZT mais adequados para projeto do sistema de controle de posição.
3- Escolha e desenvolvimento das técnicas de controle incluindo: controle tradicional PI (Proporcional-Integral) para comparação, controle adaptativo, controle por modos deslizantes e outras técnicas recentes de controle não linear de sistemas incertos.
4- Estudo do desempenho dos controladores e modelos desenvolvidos via simulação.
5- Especificar e comprar as partes necessárias para a montagem de um sistema de nanoposicionamento usando PZT.
6- Implementar as leis de controle escolhidas no item 3 no sistema de nanoposicionamento montado no item 5.
7- Realizar testes experimentais e avaliar os resultados.
8- Elaboração de artigos para publicação de resultados.

Vigência: 2007 a 2009

Financiador: CNPq (Universal)

Coordenador: Liu Hsu