Análise numérica e experimental de controle híbrido (passivo-adaptativo) de vibrações em viga engastada-livre sob excitações harmônicas e de banda larga

Abstract

Resumo: Sistemas mecânicos que apresentam vibrações excessivas requerem controle posto que essas vibrações podem comprometer o correto funcionamento dos sistemas e diminuir sua vida útil, além de prejudicar a saúde humana. Entende-se por controle de vibrações o conjunto de medidas que visam manter a resposta dinâmica de um sistema mecânico abaixo de níveis máximos considerados permitidos. O presente trabalho aborda o controle híbrido de vibração, implementado e investigado através de técnicas de simulação numérica e ensaios experimentais. Esse controle se dá pela junção de um tratamento de controle passivo, constituído por uma manta constrita de material viscoelástico, e por um esquema de controle ativo, composto por sensores, atuadores e uma unidade de controle com filtros digitais, em uma arquitetura por antecipação (feedforward) adaptativa, baseada no algoritmo FxNLMS. O sistema de controle híbrido é aplicado ao caso de uma viga metálica engastada-livre, sob excitações harmônica e em banda. As simulações numéricas são programadas no ambiente computacional Lab- VIEW, enquanto que o controle ativo-adaptativo é implementado através da plataforma NI CompactRIO. Mostra-se que, para perturbações estocásticas, o controle funciona de forma mais eficaz sem o filtro de caminho de feedback. Além disso, em simulações numéricas, observa-se que a inserção de amortecimento melhora a estabilidade da ação de controle, ampliando o limite máximo do passo de adaptação do algoritmo FxNLMS. Palavras-chaves: Algoritmo FxLMS. Amortecimento por camada restrita. Arquitetura por antecipação adaptativa. Controle híbrido de vibrações. Material viscoelástico.

Abstract: When mechanical systems are under excessive vibrations they require control, since those vibrations can compromise the proper functioning of the systems and reduce theer lifetime, apart from impairing human health. Vibration control can be understood as a set of techniques that aim to maintain the dynamic response of a mechanical system below the allowed maximum levels. The present work presents a dissertation in which a hybrid vibration control method implemented and investigated through numerical simulation and experimentation. This method consists of a passive control treatment, comprising a constrained viscoelastic material layer, and an active-adaptive scheme, comprising sensors, actuators and a control unit with digital filters, in an adaptive feedforward architecture, based on the FxNLMS algorithm. The hybrid control method is applied to a cantilever metallic beam, under harmonic and band excitation forces. Numerical simulations are carried out in the LabVIEW computing environment, while the activeadaptive control is implemented through the NI CompactRIO platform. It is shown that, for stochastic perturbation, the control works most effectively without the feedback path filter. Furthermore, in numerical simulations, it is observed that the insertion of damping improves the stability of the control action, increasing the maximum limit for the adaptation step of the FxNLMS algorithm. Key-words: Adaptive feedforward architecture. Constrained layer damping. FxLMS algorithm. Hybrid vibration control. Viscoelastic material.