Orientador: Gilberto Pechoto de Melo / Banca: Vicente Lopes Junior / Banca: Kátia Luchese Cavalca Dedini / Resumo: O aumento da competitividade entre as empresas têm exigido maiores velocidades de operação e períodos menores de manutenção dos equipamentos, por esse motivo é de suma importância poder estender a vida útil dos equipamentos por meio da predição das possíveis falhas. O objetivo deste projeto é desenvolver uma metodologia que possibilite predizer falhas em componentes de sistemas rotativos. Na simulação numérica os danos são identificadas através da variação no valor RMS do sinal de velocidade do sistema, e a quantificação do dano e feita a partir da minimização da norma do erro entre dados do observador robusto e medidos. Um redutor de engrenagens é projetado a fim de validar o método, foi construído o modelo e identificados os parâmetros desconhecidos, com a utilização dos observadores de estado todos os graus de liberdade foram estimados, e um banco de valores RMS foi desenvolvido para servir de base de comparação. A inclusão de um dano no sistema, através dos valores base, foi possível identificar o dano e com o uso do observador robusto quantificar e localizar o dano no sistema mesmo na presença de ruídos / Abstract: The increased competition among companies have demanded higher operating speeds and shorter periods of maintenance of equipment, for this reason it is extremely important to be able to extend equipment life through the prediction of potential failures . The objective of this project is to develop a methodology that enables to predict component failures of rotating systems. In numerical simulation, failures are identified by varying the RMS value of the velocity signal system, and quantification of failure made from the minimization of the norm the error between the data measured and robust observer. A gear reducer is designed to validate the method, the model was constructed and identified the unknown parameters, with the use of state observers the degrees of freedom were estimated, and a database RMS values, without fail, was developed to serve as a basis for comparison. With the inclusion of damage to the system through the base values, it was possible to identify the damage and the use of robust observer to quantify and locate the damage in the system even in the presence of noise / Mestre

Fundação Araucária, CNPq / O motor de indução trifásico ocupa uma posição de destaque na produção de força eletromotriz e isso o torna vastamente utilizado em aplicações industriais. Consequentemente, também fica submetido às condições de funcionamento e manutenção das máquinas como um todo, bem como das falhas que os mesmos estão sujeitos. Assim, este trabalho propõe um método alternativo aos tradicionais para detecção de falhas em rolamentos de motores de indução trifásicos ligados diretamente a rede elétrica. Os objetivos consistem na utilização de uma abordagem neural capaz de classificar a existência de falha de rolamento com um alto percentual de acerto. Analisando para isto, no domínio do tempo, um semiciclo das tensões de alimentação e das correntes de estator dos motor em estudo. A proposta é validada através de ensaios experimentais num computador e de forma on-line embarcada num DSP. Como conseqüência do trabalho tem-se a criação de um banco de dados de falhas, com mais de mil ensaios envolvendo as principais falhas encontradas em motores de indução trifásicos. Estes ensaios são realizados contemplando as condições de desbalanço de tensão de alimentação e com várias situações de carga mecânica no eixo da máquina. / The three phase induction motor occupies a prominent position in the production of electromotive force and this makes it widely used in industrial applications. Consequently, it is also subjected to the conditions of operation and maintenance of the machines as a whole, as well as faults which they are subject. Thus, this paper proposes an alternative method to traditional in fault detection in bearing of induction motors connected directly to the power grid. The objectives consist in using a neural approach able to classify the existence of bearing fault with a high percentage of correct. Analyzing for this, in the time domain, one half cycle of the voltages and currents of stator the motor in study. The proposal is validated through experimental tests on a computer and monitoring on-line embedded in a DSP. As a result, the work has the creation of a database of failure, with more than a thousand trials involving the main flaws found in three phase induction motors. These tests are performed considering the conditions of voltage supply unbalanced and with several situations of mechanical load on the machine shaft.

Orientador: Mauro Hugo Mathias / Banca: Mauro Pedro Peres / Banca: Luis Fernando Almeida / Banca: Cesar da Costa / Banca: Cicero da Rocha Souto / Resumo: Os sinais de vibrações de máquinas rotativas conduzem a informações dinâmicas da máquina e esta análise é de grande importância no que diz respeito ao monitoramento de condição e diagnósticos de máquinas. Vários métodos de análises têm sido empregados no sentido de diagnosticar falhas em componentes de máquinas tais como engrenagens, rolamentos, dentre outros. Este trabalho apresenta uma análise sobre detecção de falhas em rolamentos de máquinas rotativas, e para esta apreciação utilizou-se os bancos de dados da CASE WESTERN RESERV UNIVERSITY e o banco de dados da FEG/UNESP. O objetivo principal deste trabalho foi a implementação de técnicas avançadas para identificar e caracterizar as falhas que são geradas em rolamentos, vislumbrando o aprimoramento da manutenção baseada na condição. Inicialmente, realizou-se a implementação e simulação no banco de dados da (CWRU), utilizando o software MATLAB e por meio da técnica de ressonância de alta frequência (HFRT), obteve-se resultados satisfatórios, entretanto esta metodologia é limitada uma vez que ela é empregada apenas para regime estacionário. A implementação da técnica HFRT não identificou em alguns casos a frequências para caracterização dos defeitos nas pistas dos rolamentos. Em seguida, utilizou-se a técnica Short Time Fourier Transform-STFT. A implementação proporcionou uma análise bem mais sensível aos impactos gerados nas pistas, pois, com a utilização da STFT, foi possível identificar as frequências características de d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The vibration signals from rotating machines provide a set of dynamic information, which are very important for continuous condition monitoring of machinery. Several analytical methods have been employed in order to diagnose faults in machines components such as gears, bearings and others. This paper presents a fault detection analysis of rotating machinery bearings, using data from CASE WESTERN UNIVERSITY RESERVOIR and the FEG / UNESP database. The main objective of this work is the implementation of advanced techniques to identify and characterize bearing failures, with the purpose to improve maintenance under working conditions. At first, the implementation and simulation were done with data extracted from the database of (CWRU) using MATLAB software and high-frequency resonance technique (HFRT), which led to satisfactory results. However, this technique is limited since it is used only in a stationary regime. In some cases, the implementation of HFRT technique was not able to identify the defect frequencies of the bearing's races. Next the STFT Short-Time Fourier Transform technique was used. Its implementation provided a much more sensitive analysis of the impacts on the slopes; using STFT allowed to identify the characteristic defect frequencies. For comparison purposes, the wavelet technique combined with the envelope technique were used. This analysis was applied using Daubechies Wavelet of order 4 (DB4). In its implementation, a defective bearing signal was decompose... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / O motor de indução trifásico do tipo gaiola de esquilo é a principal máquina de conversão eletromecânica devido a sua robustez e facilidade de manutenção, sendo indispensável nos processos produtivos industriais. Por sua grande importância, pesquisas na área de identificação de falhas são realizadas constantemente com o objetivo de diminuir as taxas de manutenções corretivas e permitir uma manutenção programada, diminuindo perdas no processo produtivo, decorrentes de paradas indesejadas. Com esse propósito, o presente trabalho propõe o estudo e desenvolvimento de uma metodologia alternativa que utiliza a Evolução Diferencial para identificação de falhas de curto-circuito de estator em motores de indução conectados diretamente à rede elétrica, por meio dos sinais de tensão e corrente aquisitados no domínio do tempo. O algoritmo de Evolução Diferencial é utilizado para estimar os parâmetros elétricos do motor de indução, a partir do modelo do circuito elétrico equivalente e a identificação da falha ocorre a partir do cálculo da variação percentual da indutância de magnetização estimada com o motor sem falhas. A base de dados utilizada para o trabalho foi obtida por meio de experimentos laboratoriais realizados com dois motores diferentes de 1 CV e um motor de 2 CV, sob condições de variação de conjugado, tensões equilibradas e desequilibradas. / The squirrel cage three-phase induction motor is the main electromechanical conversion machine due to its robustness and easy maintenance, therefore it is indispensable in the industrial production processes. Due to its great importance, surveys related to its fault identification are conducted constantly, in order to reduce the corrective maintenance rates and allow a scheduled maintenance, reducing the losses in the production process, due to unexpected stops. With this purpose, this work proposes the study and development of an alternative methodology based on Differential Evolution algorithm to identify stator short-circuit failures in induction motors connected directly on the electric grid, through its voltage and current signals acquired in the time domain. This Differential Evolution algorithm is used to estimate the induction motor electric parameters based on its equivalent electric circuit model and the fault identification occurs in result of the calculation of the estimated magnetization inductance percentage variation considering a healthy motor. The database used for this work was obtained through laboratory experiments performed with two different types of 1 CV motor and a 2 CV motor under different conditions of torque variation and unbalanced voltages.

Orientador: Gilberto Pechoto de Melo / Banca: Vicente Lopes Júnior / Banca: Raquel Santini Leandro Rade / Resumo: Hoje em dia um dos fatores de interesse das indústrias no desenvolvimento de novas técnicas de detecção e localização de falhas é a preocupação com a segurança de seus sistemas, tendo-se a necessidade de supervisão e monitoramento de modo que as falhas sejam detectadas e corrigidas o mais rápido possível. Verifica-se na prática que determinados parâmetros dos sistemas podem variar durante o processo, devido a características específicas ou o desgaste natural de seus componentes. Sabe-se também que, mesmo nos sistemas bem projetados, a ocorrência de trincas em alguns componentes pode provocar perdas econômicas ou conduzir a situações perigosas. Os observadores de estado podem reconstruir os estados não medidos do sistema, desde que os mesmos sejam observáveis, tornando possível, desta forma, estimar as medidas nos pontos de difícil acesso. A técnica dos observadores de estado consiste em desenvolver um modelo para o sistema em análise e comparar a estimativa da saída com a saída medida, a diferença entre os dois sinais presentes resulta em um resíduo que é utilizado para análise. Neste trabalho foi montado um banco de observadores associado a um modelo de trinca de modo a acompanhar o progresso da mesma. Os resultados obtidos através de simulações computacionais em uma placa engastada discretizada pela técnica dos elementos finitos e as análises experimentais realizadas foram bastante satisfatórios, validando a metodologia desenvolvida. / Abstract: Nowadays a main factor of interest in industries in the development of new techniques for detection and localization of faults is the concern with the security of its systems. There is the need of supervising and monitoring the machines to detect and correct the fault as soon as possible. In practice it is verified that some determined parameters of the systems can vary during the process, due to the specific characteristics or the natural wearing of its components. It is known that even in well-designed systems the occurrence of cracks in some components can induce economic losses or lead to dangerous situations. The state observers methodology can reconstruct the unmeasured states of the system, since they are observable, becoming possible in this way to estimate the measures at points of difficult access. The technique of state observers consists of developing a model for the system under analysis and to compare the estimated with the measured exit, and the difference between these two signals results in a residue that is used for analysis. In this work was set up a bank of observers associated to a model of crack in order to follow its progress. The results obtained through computational simulations in a cantilever plate discretized by using the finite elements technique and the accomplished experimental analysis were sufficiently satisfactory, validating the developed methodology. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004-03-22Bitstream added on 2014-06-13T18:21:16Z : No. of bitstreams: 1 tebaldi_a_me_ilha.pdf: 2161680 bytes, checksum: 3d261c29fd3aac533dd79cedd2e48b90 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A tecnologia de materiais inteligentes se tornou uma área de crescente interesse para o desenvolvimento de estruturas que podem incorporar atuadores e sensores capazes de detectar falhas. Extensivas investigações têm sido focadas na tecnologia que integra materiais inteligentes no monitoramento das condições de sistemas. Vários estudos têm sido realizados na área de identificação de sistemas mecânicos e há uma tendência de introduzir otimização em projetos de monitoramento de sinais que permitirá automatização do processo e caracterização de falhas para sistemas complexos. O problema de identificação de variáveis ou detecção de falhas em sistemas mecânicos é uma classe de problemas inversos e, portanto, não apresenta uma solução única. O problema inverso consiste em determinar as causas baseando-se na observação dos efeitos. Nos problemas inversos os parâmetros de falha (comprimento de trinca e/ou localização) podem ser calculados no domínio da freqüência ou do tempo. A metodologia proposta neste trabalho utiliza dados no domínio da freqüência, e utiliza, em uma primeira etapa, o método da impedância elétrica para se determinar a localização das falhas. Numa segunda etapa é realizada a quantificação da intensidade de falhas, usando algoritmos genéticos. Algoritmos genéticos (AG) são processos de otimização baseados nos princípios de evolução natural. Um AG simula um processo de adaptação em uma população inicial de indivíduos através de operadores genéticos artificiais em cada geração. Em condições de otimização, cada indivíduo da população é codificado em um cromossomo, que representa uma solução genérica para o problema, enquanto a adaptação individual é avaliada por uma função de aptidão. / Smart material technology has become an area of increasing interest for the development of structures that are able to incorporate actuator and sensor capabilities for fault detection. Extensive investigations have been focused on integrating smart material technology into health monitoring systems. Several studies have been accomplished in the area of identification of mechanical systems and there is a tendency of introducing optimization in projects of signals monitoring, which would allow automation in the process and characterization of faults, even for complex systems. The problem of variables identification or damage detection in mechanical systems is a class of inverse problem and, therefore, it doesn't present a unique solution. The inverse problem consists in determining the causes based on some observation of their effects. In inverse problems the damaged parameters (crack length and/or location) can be calculated in frequency or time domain. The proposal methodology is based on frequency domain, and it uses, in a first stage, the method of electric impedance to determine the location of the faults. Later on takes place the quantification of the fault intensities, in a second stage, by using genetic algorithms. Genetic algorithms (GA) are optimization processes based on principles of natural evolution. A GA simulates an adaptation process taking an initial population of individuals and applying artificial genetic operators in each generation. In optimization conditions, each individual of the population is coded in a string or chromosomes, which represents a trial solution for a certain problem, while the individual adaptation is evaluated through a fitness function.

Orientador: Gilberto Pechoto de Melo / Banca: Vicente Lopes Junior / Banca: José Antonio Ferreira Borges / Resumo: Neste trabalho desenvolveu-se uma metodologia de detecção e localização de falhas via observadores de estado projetados via LQR (Regulador Linear Quadrático) e LMIs (Desigualdades Matriciais Lineares) em sistema rotativo considerando-se suas fundações e excitações desconhecidas. A necessidade de desenvolver novas técnicas de prevenção de falhas vem da preocupação das indústrias com o bom funcionamento de seus equipamentos a fim de evitar paradas repentinas no processo produtivo. A metodologia dos observadores de estado consiste em utilizar sua capacidade de estimar estados não medidos. Assim, projeta-se um banco de observadores de estado, sendo que cada um é robusto a um determinado parâmetro sujeito a falha. Quanto à identificação de forças de excitação, durante os últimos anos, vários métodos têm sido propostos, embora nenhum deles possa ser considerado como sendo universalmente adequado a todas as situações. Neste trabalho foram utilizadas metodologias utilizando funções ortogonais de Fourier, Legendre e Chebyshev para a identificação das excitações desconhecidas. Para verificar a validade da metodologia desenvolvida tanto para a identificação de forças como detecção e localização de falhas foram simulados dois sistemas mecânicos: sistema massa-mola-amortecedor de 4 gdl (graus de liberdade) e sistema rotativo considerando-se suas fundações. Por fim, foi realizada a comprovação experimental, utilizando para isto um sistema rotativo pertencente ao laboratório de vibrações mecânicas do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia, Campus de Ilha Solteira / Abstract: In this work a methodology for faults detection and location in rotative system considering its foundation and unknown inputs was developed using state observers designed by LQR (Linear Quadratic Regulator) and LMIs (Linear Matrix Inequalities). The necessity of design new techniques of faults prevention proceeds from concerns of industries with the good worked of its equipments in order to avoid suddenly stopped in the productive process. The methodology of state observers consists to use its capacity to esteem the states not measured. So, it projects a bank of state observes, being that everyone is robust a parameter subject a fault. As at excitation forces identification, during last years, many methods have been proposed, however no one of them can be considered as universally adequate for every situation, being that in this work the methodologies using orthogonal functions of Fourier, Legendre and Chebyshev were used for unknown inputs identification. To validate the methodology two mechanicals systems were simulated: system mass-spring-damper of 4 dof (degree of freedom) and rotative system considering its foundations. At the end, the experimental proof was realized, using for this a rotative system in the mechanical vibrations laboratory at Ilha Solteira's Mechanical Engineering Department / Mestre

Orientador: Gilberto Pechoto de Melo / Banca: Amarildo Tabone Paschoalini / Banca: Yukio Kobayashi / Resumo: Nos últimos anos, tem havido um grande interesse das indústrias no desenvolvimento de novas técnicas de detecção e localização de falhas, pois se preocupam cada vez mais com a segurança, havendo assim, a necessidade de supervisão e monitoramento dos sistemas para que as falhas sejam evitadas ou sanadas o mais rápido possível. Determinados parâmetros em sistemas reais como massa, rigidez e amortecimento, podem variar devido ao aparecimento de falhas ou ao próprio desgaste natural dos componentes. Um aparecimento de trincas pode provocar perdas econômicas ou até conduzir a situações perigosas com paradas abruptas das máquinas e/ou equipamentos. Através do auxílio de modelos teóricos bem definidos, métodos de identificação de parâmetros, observadores de estado e auxílio à decisão foi possível desenvolver uma metodologia para detecção e localização de trincas em estruturas reticuladas, dando ênfase às tridimensionais. Foi possível detectar e localizar a trinca já no seu início e acompanhar sua propagação para uma possível parada programada. Foi utilizada a metodologia dos observadores de estado, que pode reconstruir os estados não medidos ou os valores provenientes de pontos de difícil acesso no sistema. Foi construída uma estrutura reticulada no Laboratório para validação da metodologia desenvolvida e os resultados foram bastante satisfatórios / Abstract: In recent years there has been a great interest of industry in developing new techniques for detection and location of faults, because they worry more about security, so there is the need for supervision and monitoring systems so that failures are avoided or remedied as soon as possible. Certain parameters in real systems such as mass, stiffness and damping can vary due to some failures to own or wear and tear of components. An appearance of cracks can cause economic loss or even lead to dangerous situations with abrupt stopping of machines and/or equipment. Through the aid of well-defined theoretical models, methods of parameter identification, state observers and aid the decision was possible to develop a methodology for detecting and locating cracks in frame structures, emphasizing the three-dimensional. It was possible to detect and locate the crack already in its early stages and monitor its spread to a possible shutdown. Methodology was applied for observer status, which can reconstruct the unmeasured states or values from points of difficult access in the system. A reticulated structure was built at the Laboratory for validation of the methodology and the results were very satisfactory / Mestre

Este trabalho apresenta uma proposta de um software de simulação e diagnóstico de falhas aplicado a um sistema de automação. para realizar esta tarefa foi desenvolvido um estudo de caso que contem um problema de automação industrial. Deste estudo foi retirado um modelo, usado como base para criar do software de simulação que segue as especificações dos modelos, no qual é possível observar a evolução dos eventos através de sua linguagem e diagnosticar falhas, quando estas ocorrem em uma das máquinas da planta. O processo de diagnóstico de falhas tem como base as regras de diagnosticabilidade apresentadas na literatura. As máquinas, assim como suas restrições, são modeladas dentro do próprio software, onde são definidas as estruturas de cada automato assim como características como observabilidade, controlabilidade e a possibilidade de falhar. Os testes realizados no sistema apresentado mostraram que a linguagem de controle consegue, mesmo permitindo um nivel de liberdade ao sistema, identificar as falhas verificando somente para os eventos que ocorrem após a ocorrência da mesma. / This work we presents a proposal a software of simulation and fault diagnosis applied to an automation system. In that task was developed , a case study that contains a problem of industrial automation. The study was used as the source for creating the simulation that follows the specifications of software models, where you can observe the evolution of events through its language and diagnose faults when they occur in one of the machines of the plant. The process of fault diagnosis is based on the rules of diagnosticabilidades presented in the literature. The machines, as well as its restrictions are modeled within the software itself, where the structures of each automaton are defined the caracteristics as observability an the possibility of failure. The tests in the system showed that of the language used can allowing identify fails, checking only for events that occorem after the occurence the fails.

Este trabalho apresenta uma proposta de um software de simulação e diagnóstico de falhas aplicado a um sistema de automação. para realizar esta tarefa foi desenvolvido um estudo de caso que contem um problema de automação industrial. Deste estudo foi retirado um modelo, usado como base para criar do software de simulação que segue as especificações dos modelos, no qual é possível observar a evolução dos eventos através de sua linguagem e diagnosticar falhas, quando estas ocorrem em uma das máquinas da planta. O processo de diagnóstico de falhas tem como base as regras de diagnosticabilidade apresentadas na literatura. As máquinas, assim como suas restrições, são modeladas dentro do próprio software, onde são definidas as estruturas de cada automato assim como características como observabilidade, controlabilidade e a possibilidade de falhar. Os testes realizados no sistema apresentado mostraram que a linguagem de controle consegue, mesmo permitindo um nivel de liberdade ao sistema, identificar as falhas verificando somente para os eventos que ocorrem após a ocorrência da mesma. / This work we presents a proposal a software of simulation and fault diagnosis applied to an automation system. In that task was developed , a case study that contains a problem of industrial automation. The study was used as the source for creating the simulation that follows the specifications of software models, where you can observe the evolution of events through its language and diagnose faults when they occur in one of the machines of the plant. The process of fault diagnosis is based on the rules of diagnosticabilidades presented in the literature. The machines, as well as its restrictions are modeled within the software itself, where the structures of each automaton are defined the caracteristics as observability an the possibility of failure. The tests in the system showed that of the language used can allowing identify fails, checking only for events that occorem after the occurence the fails.