软件影响10（2021）100161原始软件出版物STONEHENGE-用于能量收集系统非线性分析的套件João Pedro Norenberga，João Victor Petersonb，Vinicius Gonçalves Lopesb，Roberto Luob，Leonardo de la Rocab，Marcelo Pereirab，José Geraldo Telles Ribeirob，Americo Cunha Jrb，a圣保罗州立大学，Ilha Solteira，SP，巴西里约热内卢州立大学（里约热内卢州立大学）自动清洁装置保留字：能量收集非线性动力学分岔图吸引域灵敏度分析随机模拟混沌控制A B标准STONEHENGE是一个工具箱，旨在评估非线性振动为基础的能量收集系统，这需要仔细研究他们的非平凡的行为。它是由一组要研究的代码组成的并描述其动态行为，以及处理各种物理参数和激励。为此，它有六个模块，初值问题，动态动画，非线性工具，灵敏度分析，随机模拟和混沌控制。一个振荡器被用作振动采集器的基准。 我们希望这个工具箱能够有助于开发和改进新一代和旧一代的基于非线性振动的能量收集系统。代码元数据当前代码版本v1用于此代码版本的代码/存储库的永久链接https://github.com/SoftwareImpacts/SIMPAC-2021-133可复制胶囊的永久链接https://codeocean.com/capsule/4891890/tree/v1法律代码许可证MIT许可证使用git的代码版本控制系统使用Matlab和C++的软件代码语言、工具和服务编译要求，操作环境依赖性UQLab -Matlab如果可用，链接到开发人员文档/手册https://github.com/americocunhajr/STONEHENGE问题支持电子邮件jp. unesp.br1. 介绍基于振动的能量收集系统将分散在环境中的动能转化为电能[1]。这些系统旨在是自供电的低功耗机电设备，用于传感器、医疗植入物等多种应用[2，3]。非线性收割机已被证明是一种有效的替代方案在能量收集的宽带频率应用中[4然而，它们是复杂的动力系统，需要详细的分析实 现 创 新 设 计 和 最 佳 配 置 。 为 了 解 决 这 个 问 题 ， 我 们 提 出 了STONEHENGE，这是一套代码，用于对振动压电-磁弹性能量采集器进行非线性分析[7]。STONEHENGE的目标是解决涉及基于振动的能量收集系统的复杂问题，支持数值实验的功能，并从非线性模型中提取知识我们希望这个工具箱可以服务于研究界（也可能是工业界），以促进基于振动的能量收集系统的概念和分析及其在以下方面的应用：本文中的代码（和数据）已由Code Ocean认证为可复制：（https://codeocean.com/）。更多关于生殖器的信息徽章倡议可在https://www.elsevier.com/physical-sciences-and-engineering/computer-science/journals上查阅。*通讯作者。电子邮件地址：americo. uerj.br（A. Cunha Jr）。https://doi.org/10.1016/j.simpa.2021.100161接收日期：2021年10月8日;接收日期：2021年10月17日;接受日期：2021年10月19日2665-9638/©2021作者。由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表软件影响杂志 首页：www.journals.elsevier.com/software-impactsJ.P. Norenberg，J.V. Peterson，V.G. Lopes等人软件影响10（2021）1001612图1.一、 STONEHENGE封装模块的示意图。现实世界的问题。为此，STONEHENGE提供了一套教学代码。封装模块的示意图见图。1.一、2. 软件详细信息STONEHENGE为能源收集系统评估提供了一个全面的工具箱，包括一个初始值问题（IVP）求解器;一个可视化模块，用于查看系统动态的动画;非线性分析工具，如庞加莱截面，分叉图和吸引力盆地;一个全局灵敏度分析模块;一个随机动态模拟器;和混沌模拟器的控制。该软件包是一个教学和直观的工具，用Matlab和C++语言编写。套件的源代码可以在GitHub仓库中找到，1以及用户手册中有更多细节。软件包中的每个模块简要描述如下。初始值问题：在IVP模块中，可以集成系统动力学评估时间序列响应，例如位移、速度和电压，从而分析时域上的动力学。瞬时功率也可以通过该模块获得。在[8，9]中，作者使用时间序列分析来评估激励振幅和频率对采集器的影响动态动画：动画模块是一个伟大的和新颖的动态动画。应用于能量收集系统的工具，能够基于从数值模拟中提取的信息动态地可视化机电系统的物理运动。使用此模块获得的一些视频动画可以在GitHub存储库中找到（见脚注1）和YouTube频道。2.它们在下面1 https://github.com/americocunhajr/STONEHENGE。2 https：//yuube. 什么时候？list=PLjNDdMKtfqVmcawBUvQvKOGcbHvB507On.出版物[10，11]。据我们所知，这些是公开文献中唯一显示非线性振动收割机的这种类型动画的作品，这是研究这种类型系统动力学的一种创新。非线性工具：由于非线性特性，该系统可以目前的反应复杂，需要认真注意其理解和应用。通过这种方式，斯通亨奇处理了三个工具来理解系统的非线性，庞加莱截面，分叉图和吸引盆地。这些模块使我们能够将动态响应表征为周期性或混沌，并映射其对初始条件的敏感性。在[8，9]中，进行分叉分析以识别导致混沌行为的激励条件，而[12，13]采用吸引盆来研究不同初始条件下的行为。这些研究可能包含了公开文献中最大的吸引力盆地集合（几十个）。由于这些计算的计算成本很高，作者通常只提供一个或两个数字。这样一个广泛的研究是唯一可能的，因为盆地模块的实施旨在提高计算效率。随机模拟：值得注意的是，在环境中的激励，污染源易受噪声影响。因此，随机模拟模块处理受到高斯色噪声干扰的谐波激励的基础系统。通过蒙特卡罗模拟生成系统行为的几个场景，并通过统计方法提取模式。参考文献[14]给出了在这些有色噪声干扰的影响下，对采集器的时间序列和统计分析的结果。敏感性分析：敏感性分析模块调查参数变化对系统响应的影响。它是了解参数对能量回收过程影响的有力统计工具。 因此，该模块可以指示J.P. Norenberg，J.V. Peterson，V.G. Lopes等人软件影响10（2021）1001613哪个参数对系统响应影响最大，这是更好地理解潜在物理现象的基本知识（哪个参数可能损害能量收集过程）;原型设计（例如，哪个参数在制造中需要更高的精度）;以及鲁棒性和优化研究（哪个参数增加发电量，稍微影响其大小）。 在[10，12]中，作者详细介绍了具有和不具有不对称性的能量收集系统的灵敏度分析。这是首次对非线性收割机进行全局灵敏度分析的研究，为有关其动态行为的文献带来了新的见解。混沌控制：该模块实现了两种混沌策略能量收集动力系统的控制：（i）OGY方法;(ii)扩展时间延迟反馈方法的数字版本。 我们的目标是稳定混沌行为，获得一个功率时间序列，这是一个可能的信号处理（用于后验）和功率采集更富有成效。在[15，16]中提出了处理混沌配置的控制策略，从而提高了收获的功率。除了这个主题仍然很少探索在能量收集文献中，扩展延迟反馈控制器可能是第一个数字控制器（现场或实验室实施的基本功能）出现在文献中，肯定有助于拓宽能量收集混沌控制的视野。3. 影响概述STONEHENGE源于里约热内卢州立大学（UERJ）和圣保罗州立大学（UNESP）开发的能量收集系统的非线性分析相关的研究工作，并且已被证明是用于不同任务的非常强大的工具，例如：（i）评估能量收集过程的效率;（ii）获得对动态系统的更好理解。（iii）作出设计决定。在[11]中观察到了其中的几个方面，[11 ]结合了从这些分析中积累的洞察力和最先进的优化工具，以找到设计参数的良好配置，从而最大限度地提高能量回收器回收的功率。尽管是一个用户友好的工具箱，可以很容易地定制到其他模型，所有这些代码都是为了解决由常微分方程系统定义的能量收集模型而实现的。为了使这些模块能够处理其他非线性收割机，有必要对源代码进行小 的 修 改 ， 改 变 微 分 方 程 。 在 未 来 ， 作 者 计 划 进 一 步 改 进STONEHENGE，重点是实施新的模块，如不确定性量化，参数优化和实验验证技术。4. 最后发言STONEHENGE是一个广泛的软件包，为基于振动的能量收集系统的分析提供了一个框架，允许研究和表征其动态行为，以及进行统计分析，包括不确定性来源，从环境和制造过程中，需要更多的关注。我们认为，这一工具箱可能会产生影响，并有助于推动振动收割机的研究和应用，在研究界和工业界。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作致谢作者感谢巴西机构CNPq（国家科学技术发展委员会），巴西，CAPES（高等教育人员的改进协调），巴西和FAPERJ（里约热内卢州研究支持基金会）为这项研究提供的财政支持引用[1]C. Wei，X. Jing，振动能量采集的综合评述：建模与实现，更新。坚持住。能源修订74（2017）1-18。[2] S.P. Beeby，R.N. 放大图片作者：M.J. O'Donnell，C.R. 萨哈，S.王志华，一种用于振动能量采集的微型电磁发电机，J。微型机甲微英。17（2007）1257。[3] R. Torah，P. Glynne-Jones，M. Tudor，T. O'Donnell，S.罗伊，S。李明，基于振动能量采集的无线传感器节点，北京. Sci. Technol.19（2008）125202.[4] F. Cottone，H.沃卡湖Gammaitoni，非线性能量收集，物理学评论。Lett. 102（2009）080601。[5] A. Erturk，J. Hoffmann，D.J. Inman，一种用于宽带振动能量收集的压磁弹性结构，应用。Phys. Lett. 94（2009）254102。[6] M.F.代盖格河Masana，A.埃尔蒂尔克Quinn，关于振动能量采集中非线性的作用：批判性评论和讨论，Appl.Mech.Rev.66（2014）040801。[7] R.L. Harne，K.W.王先生，振动能量收集系统的最新研究综述，智能材料。结构。22（2013）023001。[8] V.G. Lopes，J.V.L.L Peterson，A.小库尼亚非线性表征的一个可再生能源采集器动力系统，在：主题在非线性力学和物理学，卷。228 ，Springer，Singapore，2019，pp.71比88[9] V.G. Lopes，J.V.L.L Peterson，A.小库尼亚参数对压电磁弹性能量收集装置动力学影响的数值研究，见：第三十七届全国应用数学和计算大会（CNMAC2017），巴西 ， 圣若泽多斯坎波斯，2017年。[10] J.P. Norenberg，A.小库尼亚S. da Silva，P.S. Varoto，（a）对称能量采集器的全局敏感性分析，2021，arXiv：2107.04647。[11]A.小库尼亚通过交叉熵方法提高可再生能源收集设备的性能，非线性动力学。103（2021）137-155。[12] J.P. Norenberg，R. Luo，中国茶条A.小库尼亚S. da Silva，P. Varoto，关于非对称风 能 采 集 器 的 动 态 行 为 的 评 论 ， 载 于 ： 第 26 届 国 际 机 械 工 程 大 会 （ COBEM2021），2021年，巴西弗洛里亚诺波利斯。[13] J.V.L.L Peterson，V.G.洛佩斯A.小库尼亚关于双稳态压电能量收集装置的非线性动力学，见：第24届国际机械工程大会（COBEM 2017），巴西库里蒂巴，2017年。[14] V.G. Lopes，J.V.L.L Peterson，A.小库尼亚 非线性动力学的能量收集系统与有色噪声干扰，J。椎间盘间Sci. 10（2019）125.[15] L. de la Roca，J.V.L.L.彼得森，公共管理硕士。小库尼亚通过ogy方法控制混沌能量采集器，在：第25届国际机械工程大会（COBEM 2019），巴西乌贝兰迪亚，2019年。[16] J.G. Telles Ribeiro，M. 佩雷拉A. 小库尼亚控制混乱为恩，2021年，通过数字延长时间延迟反馈的能量收集，已提交出版。
我的内容管理
展开
