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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2015.tde-19052015-093118
Documento
Autor
Nome completo
Raphael Pereira Spada
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2015
Orientador
Banca examinadora
Nicoletti, Rodrigo (Presidente)
Dedini, Katia Lucchesi Cavalca
Steffen Junior, Valder
Título em português
Avaliação da metodologia Udwadia-Kalaba para o controle ativo de vibrações em sistemas rotativos
Palavras-chave em português
Controle ativo de vibrações
Dinâmica de rotores
Método Udwadia-Kalaba
Sistemas de controle
Vibrações mecânicas
Resumo em português
Máquinas rotativas são sempre sujeitas à vibrações mecânicas, em menor ou maior grau, e para garantir um correto funcionamento destas máquinas, evitando falhas de operação, é necessário realizar o controle destas vibrações. Uma das frentes que vem se destacando nesta área é o controle ativo de vibrações. Neste tipo de abordagem as vibrações são controladas ativamente através de um sistema de atuação e de uma técnica de controle a ser empregada de forma satisfatória. Neste contexto, existem inúmeras abordagens da teoria de controle que podem ser aplicadas, e aqui é avaliada a aplicação da metodologia proposta por Udwadia e Kalaba para o controle de trajetória de sistemas não lineares, uma técnica de controle ainda não utilizada no controle ativo de vibrações em sistemas rotativos. Em um primeiro momento a avaliação do desempenho e potencial de aplicação desta metodologia é realizada em sistemas com quatro graus de liberdade através de comparação com controladores do tipo proporcional-integral-derivativo e regulador linear-quadrático. Os resultados obtidos pelo controlador avaliado são similares aos resultados obtidos pelo controlador proporcional-integral-derivativo com melhorias em termos de erro de posicionamento. A metodologia também é avaliada em um sistema rotativo com um maior número de graus de liberdade, no qual é possível compreender o comportamento do controlador em um sistema flexível. Por fim realiza-se um exemplo de aplicação da técnica em um sistema com um eixo rígido e mancal hidrodinâmico ativo de atuação eletromagnética. Os resultados de simulação obtidos mostram que a metodologia possui potencial de aplicação para sistemas que apresentam eixo rígido, no qual uma drástica redução na amplitude de vibração do sistema foi observada por toda faixa de operação avaliada, enquanto que a sua aplicação em sistemas com eixo flexível se tornou restrita aos dois primeiros modos de vibrar do sistema flexível utilizado, modelado através do método dos elementos finitos.
Título em inglês
Evaluation of the Udwadia-Kalaba methodology for the active vibration control of rotating machinery
Palavras-chave em inglês
Active vibration control
Control systems
Mechanical vibrations
Rotor dynamics
Udwadia-Kalaba method
Resumo em inglês
Rotating machinery are always subject to mechanical vibration to a lesser or greater degree, and to ensure proper operation of these machines, avoiding faulty operation, it is necessary to carry out the control of these vibrations. One of the fronts that stood out in this area is the active vibration control. In this type of approach, vibrations are actively managed through an actuation system and a control technique to be used satisfactorily. In this context, there are numerous approaches to control theory that can be applied, and here the application of the methodology proposed by Udwadia and Kalaba for trajectory control of nonlinear systems is evaluated, a control technique not yet used in active vibration control in rotating systems. At first the evaluation of the performance and potential application of this methodology is performed on systems with four degrees of freedom by comparison with controllers of the proportional-integral-derivative and linear-quadratic regulator type. The results of the evaluated controller are similar to results obtained by proportional-integral-derivative controller with improvements in positioning error. The methodology is also evaluated in a rotating system with a larger number of degrees of freedom, wherein we can understand the controllers behavior in a flexible system. Finally, an application example of the technique on a system with a rigid shaft and hydrodynamic bearing with electromagnetic actuators is presented. The obtained simulation results show that the method has application potential to systems having rigid shaft, in which a dramatic reduction in the amplitude of vibration of the system was observed at all the operating range evaluated, whereas their application in systems with flexible shaft became restricted to the first two vibration modes of the flexible system used, modeled by the finite element method.
 
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RaphaelSpada.pdf (2.67 Mbytes)
Data de Publicação
2015-05-25
 
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