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Título: Aplicação de técnicas de controle ativo de vibrações em sistemas mecânicos
Título(s) alternativo(s): Application of active vibration control techniques in mechanical systems
Autor(es): Silva, Camila Albertin Xavier da
Orientador(es): Koroishi, Edson Hideki
Palavras-chave: Vibração
Teoria do controle
Medidas eletromagnéticas
Vibration
Control theory
Electromagnetic measurements
Data do documento: 4-Mar-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Cornelio Procopio
Citação: SILVA, Camila Albertin Xavier da. Aplicação de técnicas de controle ativo de vibrações em sistemas mecânicos. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2020.
Resumo: O presente trabalho propõe o controle ativo de vibração em uma viga de material compósito por meio da utilização de atuadores eletromagnéticos. A vantagem do uso destes atuadores é a aplicação da força de controle sem contato mecânico. Com o intuito de avaliar o desempenho de diferentes técnicas de controle, foram aplicadas as seguintes técnicas de controle: Controle Ótimo, especificamente o regulador quadrático linear via desigualdades matriciais lineares, controle Fuzzy e controle Neuro-Fuzzy. O modelo matemático da viga foi obtido através do algoritmo do ERA/OKID, que consiste em um método de identificação usado para identificar parâmetros modais em estruturas complexas. Com o modelo matemático, foram projetados os controladores, sendo estes responsáveis pela determinação do esforço de controle. Os atuadores eletromagnéticos são responsáveis pela aplicação dos esforços de controle para a redução da amplitude de vibração do sistema. A partir daí, foram realizadas simulações numéricas e testes experimentais, nas quais a atenuação da vibração do sistema foi obtida em ambos os procedimentos, e nos três tipos de controladores, avaliada através das respostas tanto no domínio do tempo como no domínio da frequência. Os controladores apresentaram um tempo de acomodação no domínio do tempo em cerca de meio a um segundo e no domínio da frequência apresentaram uma atenuação do primeiro modo de vibrar em cerca de noventa por cento. Por fim, analisou-se a robustez dos controladores a partir da variação de +/- 20% inserida na matriz dinâmica do sistema, na qual os controladores se mostraram robustos, validando assim a metodologia estudada.
Abstract: The present work proposes the active vibration control applied in a composite material beam using electromagnetic actuators. The advantage of using these actuators is the application of force control without mechanical contact. In order to evaluate the performance of different control techniques, the following control techniques were applied: Optimal Control, specifically the linear quadratic regulator via linear matrix inequalities, Fuzzy control and Neuro-Fuzzy control. The mathematical model of the beam was obtained through the ERA/OKID algorithm, which consists of an identification method used to identify modal parameters in complex structures. With the mathematical model, the controllers were designed, being responsible for determining the control effort. Electromagnetic actuators were responsible for applying control efforts to stabilize the system. From there, numerical simulations and experimental tests were carried out, in which the attenuation of the vibration of the system was obtained in both procedures, and in the three types of controllers, evaluated through the responses both in the time domain and in the frequency domain. The controllers showed an accommodation time in the time domain in about half until a second and in the frequency domain they presented an attenuation of the first mode of vibration by about ninety percent. Finally, the robustness of the controllers was analyzed from the variation of +/- 20% inserted in the dynamic matrix of the system, in which the controllers were shown robust, thus validating the studied methodology.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5449
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