Este trabalho estuda o desempenho dos sistemas de controle PID, controle por realimentação de estados e controle não-linear projetado por Transformação Global, com relação ao comportamento do modelo de um eixo sustentado por mancais magnéticos com 4 graus de liberdade, sujeito a perturbações externas. Foi desenvolvido um método geral de dimensionamento para mancais magnéticos por computador, buscando otimizar as dimensões para obter respostas mais rápidas e eficientes. O método serve como base para a montagem do modelo matemático do mancal magnético. Foi modelado um eixo rígido suspenso por 4 mancais, considerando a sua dinâmica em todas as direções radiais, sujeito a efeitos de vibração por excentricidade do eixo, forças de trabalho, efeitos giroscópicos, saturação magnética, indutância e resistência elétrica, perdas magnéticas, entre outros. Foi desenvolvido um método para modelar os efeitos da saturação magnética do núcleo do magneto, para simular seus efeitos na dinâmica do eixo. Foram projetados 3 tipos de sistema de controle para estabilizar o eixo e estudar seu desempenho: o controle PID e o controle por realimentação de estados são controles lineares simples, projetados a partir da linearização do sistema por Expansão em Série de Taylor, e o controle não-linear, que tem seu algoritmo projetado a partir da linearização do modelo do sistema pelo método da Transformação global e o projeto dos ganhos por imposição de pólos. Realizaram-se simulações de situações variadas para gerar respostas do sistema com cada controle e analisá-las. Foram ajustados os parâmetros de cada controle para se ter o melhor desempenho para comparação. O controle não-linear mostrou-se mais adaptado ao mancal magnético, pois tem maior desempenho nas condições de trabalho de projeto e pode manter o sistema estável numa ampla faixa de situações.

This work deals with the performance evaluation of three control systems, named PID control, state feedback control and a nonlinear control designed by the Global Transformation Method, having as the dynamic system the model of a shaft levitated by magnetic bearings with four degree of freedom, subject to external disturbances. A general method for designing magnetic bearings by computer was developed, aimed to optimize the physical dimensions of components in order to obtain better and faster responses. The method was used as the basis for the magnetic bearing mathematical model developed in this study. A rigid shaft levitated by four bearings was modeled, considering the dynamics in the radial directions, subject to vibrations induced by shaft eccentricities, working forces, gyroscopic effects, magnetic saturation, inductance and electrical resistance, magnetic losses, etc. A method was developed to model the effects of magnetic saturation of the magnet´s nucleus, in order to simulate its effect in the shaft. The shaft can be stabilized in this work for three different types of control systems designed to study their performance to several situations: the PID control and the state feedback control are well-known linear controllers, designed by linearizing the system by Taylor series expansion, and a nonlinear controller designed by linearization of the system using the method of Global Transformation followed by selecting the gains through pole placement design.The math model of system and controllers were simulated in several situations likely to occur in practice to analyze the overall performance. The best parameters for each controller were adjusted for comparison purpose. The performance of the magnetic bearings using the nonlinear controller was considered superior when compared with the linear controllers, showing improved behavior near to the design working point and is able to maintain good system stability for a wide range of operations.