Eficácia de controle híbrido (passivo-adaptativo) de vibrações em sistema com um grau de liberdade sob excitação variável

Abstract

Resumo: As vibrações mecânicas são inerentes às solicitações dinâmicas de uma estrutura ou sistema mecânico e, quando indesejáveis, exigem a aplicação de técnicas de controle, para eliminar ou reduzir seus efeitos, de modo que um desempenho dinâmico satisfatório seja alcançado e mantido. O presente documento apresenta um estudo em que um sistema de controle híbrido de vibração é implementado e investigado, através de simulação com a plataforma LabView. Esse sistema é composto por um subsistema passivo, constituído por um neutralizador dinâmico viscoelástico, e por um subsistema ativo-adaptativo, que emprega algoritmos LMS (Least Mean Square). O sistema de controle híbrido é aplicado a um motor elétrico com desbalanceamento, originado pelo deslocamento do centro de massa do rotor em relação ao eixo de rotação do conjunto. O modelo matemático adotado, com um grau de liberdade, permite um exame particularizado da condição operacional do motor, que inclui a partida (aceleração), regime de trabalho (velocidade constante) e parada (desaceleração). A excitação observada é variável e ocorre numa faixa ampla de frequência, buscando simular o real comportamento do motor. Sabe-se, de estudos anteriores, que a composição desses dois subsistemas de controle associa robustez, flexibilidade e adaptabilidade, conferindo também ao sistema global mais confiabilidade, uma vez que ocorre uma operação com segurança mútua. Ou seja, na perda de desempenho ou mesmo falha de um subsistema, o outro ainda pode manter um certo nível de controle. Verifica-se, no presente estudo, a eficácia do sistema de controle híbrido proposto na situação abordada, com claras perspectivas para continuidade das investigações. Palavras-chave: Controle híbrido de vibrações. Neutralizador viscoelástico. Algoritmo LMS. Filtro adaptativo.

Abstract: Mechanical vibrations are inherent to the dynamic excitation of a structure or mechanical system, and when they are undesirable, it is required the application of control techniques to eliminate or reduce their effect, so that a satisfactory dynamic performance is achieved and maintained. This dissertation presents a study in which a hybrid vibration control system is implemented and investigated through simulation using the LabView platform. This system is composed of a passive subsystem, comprising a viscoelastic dynamic neutralizer, and an active-adaptive subsystem, which employs LMS (Least Mean Square) algorithms. The hybrid control system is applied to an electric motor with unbalance, caused by the relative displacement of the rotor center of mass to the rotational axis of the assembly. The adopted mathematical model, having a single degree of freedom, allows detailed examination of the motor operational condition, which includes the stages of start (acceleration), work (constant speed) and stop (deceleration). The observed excitation is variable and occurs in a wide frequency range, trying to simulate the real motor behavior. It is known from previous studies that the association of two control subsystems provides robustness, flexibility and adaptability, apart from improving the reliability of the overall system. This is due to the fact it operates with mutual safety, so when there is a loss of performance or even a failure of a subsystem, the other subsystem can still maintain a certain level of control. In this study, it is shown the efficacy of the proposed hybrid control system in the addressed situation, with clear prospects for continuing the investigations. Keywords: Hybrid vibration control. Neutralizer viscoelastic. LMS algorithm. Adaptative filter.