Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-08-10T11:35:31Z No. of bitstreams: 1 RobertoKleciusMendoncaFernandes_TESE.pdf: 9615422 bytes, checksum: cd708447bea2bf643fce86924f5bbab0 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-08-11T10:55:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RobertoKleciusMendoncaFernandes_TESE.pdf: 9615422 bytes, checksum: cd708447bea2bf643fce86924f5bbab0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-11T10:55:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RobertoKleciusMendoncaFernandes_TESE.pdf: 9615422 bytes, checksum: cd708447bea2bf643fce86924f5bbab0 (MD5) Previous issue date: 2017-05-15 / O mancal seco ? um elemento estrutural presente na maioria dos sistemas mec?nicos das ind?strias dos setores eletrodom?sticos, agropecu?rios, aeroespacial, aeron?utico e automotivo. Este trabalho d? continuidade a uma linha de pesquisa iniciada no Grupo de Estudos de Tribologia e Integridade Estrutural (GET) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) e tem o objetivo de investigar tribologicamente comp?sitos polim?ricos com matriz de politetrafluoretileno (PTFE) e carga de rejeito de scheelita para aplica??o em mancais secos, visando reduzir custo e aumentar a vida em servi?o destes elementos. O rejeito de scheelita, origin?rio da extra??o da scheelita utilizada para produ??o do tungst?nio, ? um res?duo mineral composto de ?xidos, como os de sil?cio, c?lcio, alum?nio, ferro, magn?sio, tungst?nio, dentre outros. O rejeito de scheelita foi caracterizado na condi??o como adquirido, atrav?s de an?lises de MEV e EDS, e peneirado para tamanho de part?cula inferior a 45 ?m. O PTFE foi analisado por DRX. PTFE e rejeito de scheelita foram misturados mecanicamente, moldados por compress?o a quente, num molde projetado envolto por uma resist?ncia el?trica, atrav?s de uma prensa hidr?ulica. Investigou-se o desempenho tribol?gico dos comp?sitos submetidos a cargas (1) em movimento linear alternado (reciprocating) e (2) com indenta??es repetidas. As superf?cies novas e ensaiadas foram analisadas por Microscopia de For?a At?mica (AFM) no que concerne aos par?metros de rugosidade peri?dica e n?o peri?dica. Verificou-se que a varia??o no teor de rejeito de scheelita e a frequ?ncia do movimento alternado influenciaram no desempenho tribol?gico e na resist?ncia do comp?sito, relacionados ao coeficiente de atrito, ? rugosidade, ao desgaste e ? indenta??o. Os comp?sitos polim?ricos desenvolvidos e ensaiados demonstraram se constituir em novos materiais adequados para aplica??o de mancais secos, notadamente o comp?sito com 80% de PTFE e 20% de rejeito de scheelita que, mostrando-se como de melhor desempenho tribol?gico, apresenta-se como uma alternativa vi?vel e de custo mais baixo que o PTFE puro. / Dry rubbing journal bearing is a structural part that is present in the most of mechanical systems of industries from home appliances, agricultural, aerospace, aeronautic and automotive sectors. This work gives continuity to a research started in Group of Studies in Tribology and Structural Integrity (GET) at Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN) and has objective to investigate, tribologically, a scheelite tailings- filled PTFE composites to dry rubbing journal bearings application, to reduce cost and extend life service of this parts. The tailing of scheelite, obtained from scheelite mining to produce tungsten, is a mineral spoilage composed of oxides, as a silicon oxides, calcium, aluminum, iron, magnesium, tungsten and others. The tailing of scheelite was analyzed as acquired through SEM and EDS analysis, and sieved to get a particle size less than 45 ?m. PTFE was analyzed through XRD. PTFE and scheelite tailings was mechanically mixed, hot compression molding in a designed mold involved by a electrical resistance and compressed by a hydraulic press. It was investigated tribological performance of composites subject to loads (1) in reciprocating movement and (2) repeated indentations. The new and tested surfaces were analyzed through Atomic Force Microscope (AFM) to collect periodic and non periodic roughness parameters. It was verified that scheelite tailing content and frequency of reciprocating influenced tribological performance and strength of composites, related to coefficient of friction, roughness, wear and indentation. The developed and tested polymeric composites showed to constitute a new materials suitable to dry rubbing journal bearings applications, notably 80% of PTFE and 20% scheelite tailing composite content that was the best tribological performance composite and being introduced as a viable alternative and lower cost than pure PTFE.

A Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP, Brasil) e o Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia (IDPC, Brasil) estão desenvolvendo conjuntamente um Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) baseado numa bomba de vazão mista e utilizando mancais magnéticos que objetivem substituir os mancais convencionais, pois o uso de mancal magnético neste dispositivo minimiza a hemólise e melhora o tempo de vida do DAV, isso em razão da ausência e contato de um mancal com a crase sanguínea o que, por fim, aumenta a vida útil do dispositivo. O mancal magnético utilizado para o DAV será o mancal do tipo híbrido. Este tipo de mancal combina ímãs permanentes com eletroímãs para realizar a levitação do rotor com controle apenas na direção axial do rotor. Na configuração original desse mancal magnético, um sensor indutivo detecta a posição axial do rotor. Esta posição é enviada a um controlador do tipo PID e processada, amplificada e enviada aos atuadores eletromagnéticos. A corrente enviada aos eletroímãs é controlada de maneira a manter o rotor sempre em uma posição axial fixa. No entanto, essa configuração exige o uso de um atuador eletromagnético contendo um furo para a instalação do sensor indutivo, impondo limitações no desempenho do atuador. Além disso, o sensor indutivo limita a miniaturização do mancal. Assim, para minimizar as limitações impostas pelo uso do sensor indutivo, este trabalho faz, primeiramente, um levantamento das diversas técnicas conhecidas para a medição da posição do rotor em mancais magnéticos. Como resultado, este trabalho identifica o uso do sensor Hall como a alternativa mais promissora. Este sensor responde à magnitude de um campo magnético que nele é aplicado. Fixando-se um ímã permanente ao rotor, obtém-se uma saída no sensor Hall proporcional ao deslocamento do rotor. Contudo, a leitura do sensor Hall é afetada ainda pelo campo magnético gerado pelos atuadores eletromagnéticos, o que é indesejável. Buscando minimizar essa influência, este trabalho apresenta algumas estratégias para eliminar, da saída do sensor Hall, a influência do campo gerado pelo atuador eletromagnético. Os métodos são testados através de experimentos de levitação em mancal magnético e a eficácia dos mesmos comprovada. / The Escola Politécnica of the University of São Paulo (EPUSP, Brazil) and the Institute Dante Pazzanese of Cardiology (IDPC, Brazil) are jointly developing a Ventricular Assist Device (VAD) based on a mixed flow pump with magnetic bearings. The VAD rotor has a conical shape with spiral impellers that impels and pressurizes the blood. The magnetic bearing eliminates mechanical contact between the pump rotor and the VAD body, minimizing hemolysis and improving the lifetime of the VAD. The magnetic bearing studied is the hybrid type that combines permanent magnets with electromagnets to execute active control in the axial direction of the rotor. In the original configuration, the bearing uses inductive sensor to detect the axial position of the rotor. The sensor readings are sent to a PID type controller, processed, amplified and sent to the electromagnets. The current supplied to the electromagnets are controlled in a manner to keep the rotor in a fixed axial position. However, this configuration requires the use of a hollowed core in the electromagnetic actuator, imposing limitations in its efficiency. Moreover, the use of an inductive sensor imposes limitations to pump downsizing. In order to minimize the limitations, this work conducts firstly a study about alternative techniques for measuring the rotor position in a magnetic bearing. As result, the Hall sensor is identified as the most promising alternative. The Hall sensor is a small semiconductor element available in the market that gives an electric signal with amplitude corresponding to the magnet field intensity applied to it. By fixing a permanent magnet to the rotor, the Hall sensor gives a signal according to the rotor displacement. However, the Hall sensor output is also affected by the magnetic field generated by the electromagnetic actuator of the bearing. This is not desirable for controlling the bearing. In order to minimize the mentioned influence, this work presents some methods to eliminate the influence of the actuator from the Hall sensor readings. The methods are tests in a magnetic bearing and the efficiency of these methods is demonstrated.

O desgaste e a vida útil dos componentes mecânicos é uma questão de grande interesse econômico e tecnológico, devido suas diversas aplicações. Estudos tribológicos recentes apresentam novas soluções para esta questão, como a texturização superficial a laser, cujo o propósito é aumentar a eficiência do processo de lubrificação nestes componentes. Este trabalho analisa, por meio de um modelo teórico, os efeitos desta textura superficial no processo de lubrificação hidrodinâmico em mancais radiais. Este modelo é elaborado a partir da equação de Reynolds, cuja solução representa o campo de pressão no fluido lubrificante, determinando assim o escoamento deste em mancais radiais. A solução desta equação foi obtida através de um algoritmo desenvolvido no software Maple, utilizando o método de diferenças finitas. A partir deste campo de pressão, determina-se a capacidade de carga do mancal, definida como um parâmetro de qualidade da lubrificação, afinal, quanto maior for a capacidade de carga melhor será o processo lubrificação. Através de simulações computacionais, foram determinadas as dimensões, densidade superficial e forma das microcavidades que maximizam a capacidade de carga, aprimorando desta maneira o processo de lubrificação e estabelecendo um padrão ideal de textura superficial para o mancal. Convém ressaltar que. nestas simulações. a análise de cada uma das características das micro-cavidades foram realizadas variando-se os parâmetros (no algoritmo) relacionados a elas, como foi proposto pelo modelo teórico / The wear and the shelf life of mechanical components are a question of great economic and technological interest. had its diverse applications. Recent tribologics studies show new solutions for this question, as the laser surface texturing, whose the intention is to increase the efficiency of the lubrication process in these components. This work analyzes, means of a theoretical model, the effect of this surface textured in the hydrodynamic process of lubrication in journal bearings. This model is developed from the equation of Reynolds, whose solution represents the pressure distribution in the lubricant fluid, then determining the draining of this in journal bearings. The solution of this equation was gotten by means of an algorithm developed in the Maple software, using the finite difference methods. From this pressure distribution, the load capacity of the journal bearing is determined, defined as a quality parameter of the lubrication, after all, how much bigger will be the load capacity better will be the lubrication process Means of computational simulations had been determined, the measures, surface density and shape of the micro−holes that maximize the load capacity, improving in this way the lubrication process and set out an ideal standard of surface texture to the bearing. Is important stand out that, in these simulations, the analysis of each characteristic of the micro−holes was carried through varying parameters (in the algorithm) related to these, as was considered by the theoretical model

Esta dissertação tem como objetivo o projeto de um mancal magnético para rodas de reação com aplicação na malha de controle de atitude de satélites. Mancais magnéticos são alternativas aos mancais tradicionais tais como os de esferas ou de lubrificação seco pois trabalham sem contato mecânico entre o rotor e o estator, minimizando assim a fricção entre ambas as partes. Além da minimização do atrito, o ganho em confiabilidade e vida útil da roda de reação é considerável por não apresentar desgastes mecânicos. Devido às consequências de qualquer fricção no movimento relativo entre a inércia (parte rotativa da roda de reação) e o satélite, o mancal torna-se um componente crítico da roda de reação. A fricção se traduz não apenas num maior consumo de potência elétrica, como também na introdução de uma zona morta de atuação em torque, bem como na limitação da vida útil da roda de reação devido ao gradual desgaste do mancal. O mancal proposto possui dois graus de liberdade axiais ativamente controlados e faz uso de ímãs para a estabilização passiva dos demais graus de liberdade. Ao longo do desenvolvimento são apresentados modelos não lineares dos campos magnéticos e das forças atuantes no mancal são encontrados. Com esses modelos, uma otimização é realizada a fim de encontrar melhores características. Um modelo não linear da dinâmica do rotor é desenvolvido e um controle PID capaz de estabilizar o rotor em seu ponto de equilíbrio é apresentado com o objetivo de demonstrar a viabilidade da topologia proposta. / The main objective of this work is to project a magnetic bearing for reaction wheels with application in satellite attitude control. Magnetic bearings are alternatives to traditional bearings such as ball or dry lubrication because they work without mechanical contact between the rotor and the stator thereby minimizing friction between both parts. In addition to minimizing friction, the gain in reliability and lifetime of the reaction wheel is considerable as a consequence of the absence of wear. Because of the consequences of any friction in the relative movement between the inertia (of the reaction wheel) and the satellite ( which is rigidly connected to the satellite body), the bearing becomes a critical component of the reaction wheel. The friction gives rise not only to a greater consumption of electric power, as well as the introduction of a torque dead zone operation, in a reduced lifetime of the reaction wheel due to gradual wear of the bearing. The proposed bearing has two axial degrees of freedom actively controlled and makes use of magnets for the passive stabilization of other degrees of freedom. Nonlinear models of magnetic fields and forces acting on the bearing are presented. With these models, an optimization is performed to find the best bearing characteristics. A nonlinear model rotor dynamics is developed and a PID control capable of stabilizing the active degrees of freedom presented.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-01-27T12:26:54Z No. of bitstreams: 1 JoseSoaresBatistaLopes_TESE.pdf: 3701361 bytes, checksum: 945caee9725d682534c235543f919e4b (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-01-30T13:07:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JoseSoaresBatistaLopes_TESE.pdf: 3701361 bytes, checksum: 945caee9725d682534c235543f919e4b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-30T13:07:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoseSoaresBatistaLopes_TESE.pdf: 3701361 bytes, checksum: 945caee9725d682534c235543f919e4b (MD5) Previous issue date: 2016-06-17 / Este trabalho descreve o estudo e a implementa??o digital embarcado em um DSP TMS 3208F28335 para o controle vetorial de velocidade do motor-mancal com bobinado dividido de 4 p?los com 250W de pot?ncia. As t?cnicas inteligentes: ANFIS e as Redes Neurais foram investigadas e implementadas computacionalmente para a avalia??o do desempenho do motor-mancal nas seguintes condi??es: operando como estimador de par?metros incertos, e como controlador de velocidade, respectivamente. Para isso, utilizou-se o programa MATLAB? e seu toolbox para as simula??es e os ajustes dos par?metros envolvendo a estrutura ANFIS, e tamb?m para as simula??es com a Rede Neural. Os resultados simulados mostraram um bom desempenho para as duas t?cnicas aplicadas, de forma diferente: como estimador, e como controlador de velocidade utilizando ambas um modelo do motor de indu??o operando como um motor-mancal. A parte experimental para o controle vetorial de velocidade utiliza tr?s malhas de controles: corrente, posi??o radial e velocidade, onde foram investigados a configura??o dos perif?ricos, as interfaces ou drivers para o acionamento do motor-mancal. Detalhes de configura??o dos perif?ricos do DSP TMS 3208F335 s?o descritas neste trabalho, assim como, as interfaces respons?veis pela aquisi??o da corrente, posi??o radial e velocidade do rotor. Por ?ltimo, s?o mostrados os resultados experimentas do motor-mancal comparando o funcionamento do controle vetorial cl?ssico com o controle neural.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-07-17T12:51:07Z No. of bitstreams: 1 LucianoPereiraDosSantosJunior_TESE.pdf: 21948229 bytes, checksum: 95febfdd47d89c49b9d02a0b0eeb96d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-07-18T11:53:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 LucianoPereiraDosSantosJunior_TESE.pdf: 21948229 bytes, checksum: 95febfdd47d89c49b9d02a0b0eeb96d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-18T11:53:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LucianoPereiraDosSantosJunior_TESE.pdf: 21948229 bytes, checksum: 95febfdd47d89c49b9d02a0b0eeb96d7 (MD5) Previous issue date: 2017-03-30 / O desenvolvimento da tecnologia tem alavancado desafios cada vez maiores para que se produzam bens de consumo com alto grau de seguran?a e de controle e que tamb?m apresentem robustez, pre?os competitivos e sejam ecologicamente corretos. Visando atender essa demanda, dentro daquilo que lhe compete, o campo da engenharia de m?quinas el?tricas tem melhorado sensivelmente a qualidade desses equipamentos bem como os m?todos de controle, buscando uma opera??o otimizada. Contudo, ainda se registram grandes limita??es na amplia??o do uso das m?quinas de indu??o devido ao alto ?ndice de manuten??es das partes mec?nicas, como mancais e rolamentos, principalmente quando o acesso a essas pe?as ? dif?cil. Por conta disso, a ?rea de pesquisa de motores-mancais de indu??o vem progredindo, com o objetivo de minimizar o desgaste mec?nico e, consequentemente, reduzir o n?mero de manuten??es. Vale ressaltar que esses motores apresentam caracter?sticas semelhantes ?s das m?quinas de indu??o convencionais, sendo que agregam maior robustez e praticidade, al?m de possu?rem menor custo. Este trabalho descreve o estudo e a implementa??o do controle de posi??o radial aplicado a uma m?quina de indu??o sem mancais, trif?sica com bobinado dividido, utilizando-se t?cnicas de controle inteligente para a otimiza??o do sistema de posicionamento radial. A m?quina em estudo consiste em motor de indu??o de 3.7 kW modificado para operar como motor-mancal. Nesse tipo de motor com enrolamento dividido, al?m da produ??o de torque, os grupos de bobinas s?o respons?veis tamb?m pela produ??o de for?as radiais para posicionamento do rotor. A presenta pesquisa prop?e uma metodologia de controle que utiliza como estrutura um controlador Fuzzy-PD com a??o proporcional e derivativa baseado em um conjunto de regras de controle formulado em termos lingu?sticos, tendo como principal objetivo apresentar um controlador inteligente para o posicionamento radial do rotor. Tamb?m ilustra a compara??o entre o controlador Fuzzy-PD e o Controlador Proporcional Derivativo - PD para a estabiliza??o radial. Para a avalia??o dos controladores, foram usados crit?rios de desempenho baseados na integral do erro - IAE, ISE e ITAE, como solu??o para avaliar o erro a partir de suas respostas transit?rias e de regime permanente. Destaca-se que todo controle proposto foi desenvolvido em um DSP eZdsp TMS320F28335 com arquitetura de ponto-flutuante. Quanto ? programa??o, foi utilizada a linguagem C. Com rela??o ?s quest?es do m?dulo, foram utilizados o conversor Anal?gico/Digital e as sa?das . Por fim, acentua-se que o sistema de controle implementado no DSP opera com os controladores de corrente e posi??o. / The development of technology has brought increasing challenges to the production of consumer goods with a high degree of security and control, and that they also present robustness, competitive prices and are ecologically correct. In order to meet this demand, within its competence, the field of electrical machines engineering has significantly improved the quality of these equipments, as well as the control methods, seeking an optimized operation. However, there are still major limitations in the increased use of induction machines due to the high maintenance rates of mechanical parts such as bearings, especially when access to these parts is difficult. Because of this, the research area of bearingless motors induction has been progressing, with the aim of minimizing mechanical wear and, consequently, reducing the number of maintenance. It is worth mentioning that these motors have characteristics similar to conventional induction machines, which add greater robustness and practicality, besides having a lower cost. This work describes the study and the implementation of the radial position control applied in a three-phase Bearingless Induction Machine with Divided Winding using intelligent control techniques for the optimization of the radial positioning. The machine under study consists of an induction motor of 3.7 kW, modified to operate as a motor-bearing. In this type of motor with split winding, besides the production of torque, the coil groups are also responsible for the production of radial forces for rotor positioning. This research proposes a control methodology that uses as a structure a Fuzzy-PD controller with proportional and derivative action, based on a set of control rules formulated in linguistic terms, having as main objective to present an intelligent controller for the radial positioning of the rotor. It also illustrates the comparison between the Fuzzy-PD controller and the Derivative Proportional Controller - PD for radial stabilization. For the evaluation of the controllers, performance criteria based on the error integral - IAE, ISE and ITAE - were used as a solution to evaluate the error from its transient and steady state responses. It is noteworthy that all proposed control was developed in a DSP eZdsp TMS320F28335 with floating-point architecture. As for programming, the C language was used. Regarding the module questions, the Analog / Digital converter and the PWM outputs were used. Finally, it is emphasized that the control system implemented in the DSP operates with the current and position controllers.

Esta dissertação tem como objetivo o projeto de um mancal magnético para rodas de reação com aplicação na malha de controle de atitude de satélites. Mancais magnéticos são alternativas aos mancais tradicionais tais como os de esferas ou de lubrificação seco pois trabalham sem contato mecânico entre o rotor e o estator, minimizando assim a fricção entre ambas as partes. Além da minimização do atrito, o ganho em confiabilidade e vida útil da roda de reação é considerável por não apresentar desgastes mecânicos. Devido às consequências de qualquer fricção no movimento relativo entre a inércia (parte rotativa da roda de reação) e o satélite, o mancal torna-se um componente crítico da roda de reação. A fricção se traduz não apenas num maior consumo de potência elétrica, como também na introdução de uma zona morta de atuação em torque, bem como na limitação da vida útil da roda de reação devido ao gradual desgaste do mancal. O mancal proposto possui dois graus de liberdade axiais ativamente controlados e faz uso de ímãs para a estabilização passiva dos demais graus de liberdade. Ao longo do desenvolvimento são apresentados modelos não lineares dos campos magnéticos e das forças atuantes no mancal são encontrados. Com esses modelos, uma otimização é realizada a fim de encontrar melhores características. Um modelo não linear da dinâmica do rotor é desenvolvido e um controle PID capaz de estabilizar o rotor em seu ponto de equilíbrio é apresentado com o objetivo de demonstrar a viabilidade da topologia proposta. / The main objective of this work is to project a magnetic bearing for reaction wheels with application in satellite attitude control. Magnetic bearings are alternatives to traditional bearings such as ball or dry lubrication because they work without mechanical contact between the rotor and the stator thereby minimizing friction between both parts. In addition to minimizing friction, the gain in reliability and lifetime of the reaction wheel is considerable as a consequence of the absence of wear. Because of the consequences of any friction in the relative movement between the inertia (of the reaction wheel) and the satellite ( which is rigidly connected to the satellite body), the bearing becomes a critical component of the reaction wheel. The friction gives rise not only to a greater consumption of electric power, as well as the introduction of a torque dead zone operation, in a reduced lifetime of the reaction wheel due to gradual wear of the bearing. The proposed bearing has two axial degrees of freedom actively controlled and makes use of magnets for the passive stabilization of other degrees of freedom. Nonlinear models of magnetic fields and forces acting on the bearing are presented. With these models, an optimization is performed to find the best bearing characteristics. A nonlinear model rotor dynamics is developed and a PID control capable of stabilizing the active degrees of freedom presented.

O mancal magnético base deste trabalho é de 1-GDL(grau de liberdade) de controle uni-axial com circuito magnético híbrido do tipo atração, o qual foi desenvolvido em 2000 na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo por Silva e Horikawa [1][2]. Nas duas extremidades do rotor são fixados ímãs, e em oposição ficam os atuadores eletromagnéticos com núcleos ferromagnéticos. Os ímãs são atraídos para os atuadores pelas forças magnéticas devido à presença dos núcleos ferromagnéticos dos dois atuadores. Devido à concorrência entre as forças magnéticas de atração, o rotor fica confinado na posição central do eixo axial resultando numa rigidez passiva para esforços radiais. E na direção axial, a posição do rotor é definida pelo controle ativo que produz o efeito da levitação magnética do rotor. Se o rotor do mancal magnético sofrer esforços na direção axial, o sistema de controle deve aplicar mais corrente elétrica nos atuadores para assegurar o correto posicionamento do rotor, isto pode gerar um enorme consumo de energia elétrica. Este trabalho estuda o princípio de controle de mancal magnético com potência nula para ser aplicado no projeto de uma bomba centrífuga mista, que tem seu rotor suspenso magneticamente. É chamada de potência nula a condição de operação com o mínimo de consumo de energia na levitação do rotor. A bomba em projeto será utilizada no auxílio da circulação sanguínea, aliviando a carga do bombeamento do ventrículo esquerdo do coração doente, por isso o projeto da bomba é chamado de Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV). As necessidades técnicas do DAV justificam o emprego do sistema de mancal magnético e do controle de potência nula. Para se aplicar a técnica de controle de potência nula é essencial que o sistema magnético do mancal seja do tipo híbrido. Este estudo se desenvolveu a partir do sistema de mancal magnético desenvolvido por Silva e Horikawa [1][2] pela semelhança de propriedades que o mancal do DAV solicita. O Algoritmo do controle de potência nula (ZPC- zero power control) foi desenvolvido para proporcionar um código simples e pequeno sem comprometer a robustez do controle que o projeto do DAV requer. / The magnetic bearing of this work is based on the 1-DOF (degree of freedom) control uni-axial magnetic circuit with hybrid-type attraction, which was developed in 2000 at the Polytechnic School, University of São Paulo by Silva and Horikawa [1][2]. At both ends of the rotor magnets are fixed, and in opposition are the electromagnetic actuators with ferromagnetic cores. The magnets are attracted to the actuators by the forces due to the presence of ferromagnetic cores of the two actuators. Due to competition between the magnetic forces of attraction, the rotor is confined in the central position of the axial stiffness resulting in efforts to radial. And in the axial direction, the rotor position is defined by the active control that produces the effect of magnetic levitation of the rotor. If the rotor magnetic bearing suffer efforts in the axial direction, the control system should apply more electrical current in the actuators to ensure correct positioning of the rotor, this can generate a huge power consumption. This paper studies the principle of magnetic bearing control with zero power to be applied in designing a mixed centrifugal pump, which has its rotor magnetically suspended. It is called the zero power operating condition with minimal energy consumption in the levitation of the rotor. The pump design will be used to aid blood circulation, relieving the load on the pumping of the left ventricle of the heart sick, so the pump design is called a Ventricular Assist Device (VAD). The technical needs of the DAV justify the use of magnetic bearing system and zero power control. To apply the technique of zero power control is essential that the magnetic bearing system is a hybrid. This study was developed from the magnetic bearing system developed by Silva and Horikawa [1] [2] by the similarity of the bearing properties of the DAV requests. The algorithm of zero power control (ZPC-zero power control \") was developed to provide a simple and small code without compromising the robustness of the control that the project requires the VAD.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-06-05T13:40:29Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5062577 bytes, checksum: 50662b1886cf46d934e60415729f24cd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-05T13:40:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5062577 bytes, checksum: 50662b1886cf46d934e60415729f24cd (MD5) Previous issue date: 2016-01-29 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Most rotating machines, especially those mounted on flexible shafts and bearings when it’s accelerating, tend to pass through critical speeds, which are speeds that can cause structural resonance in the system. Thus, there is a constant concern for seeking effective methods to reduce the effect of vibration when passing through such speeds. Currently there are many applications of "smart materials" as actuators in dynamical systems, in order to reduce vibrations in a frequency range next to the resonance zone. In this direction the use of actuators composed by shape memory alloys (SMA) assists in active control structures, due the capacity of stiffness variation with change of the temperature. This thesis presents a shaft-rotor system design with active bearing, using SMA springs and temperature control system based on fuzzy logic, to reduce the vibration amplitudes when passing through critical speeds. This reduction occurred from the system stiffness change (active support bearing), obtained by changing the temperature of the SMA springs. The theoretical and experimental results showed the system functionality, being achieved reductions of up to 61.5% in the peak amplitudes and 57.3% in terms of RMS signal during the passage through resonance zone. / A maioria das máquinas rotativas, sobretudo aquelas montadas sobre eixos e mancais flexíveis, quando de seu início de funcionamento, tendem a passar por velocidades ditas críticas, ou seja, velocidades que podem levar o sistema a entrar em ressonância estrutural. Assim, existe uma preocupação constante pela busca de métodos eficazes de atenuar o efeito da vibração quando da passagem por tais velocidades. Atualmente vêm-se estudando aplicações de “materiais inteligentes” como atuadores em sistemas dinâmicos, com o propósito de reduzir as vibrações numa faixa de frequência relacionada à região de ressonância. Nesta direção está o uso de atuadores compostos por ligas com memória de forma (LMF), que auxiliam no controle ativo de estruturas, devido à sua capacidade de variação de rigidez em função da mudança de temperatura. Apresenta-se, nesta tese, uma concepção de sistema eixo-rotor com mancal ativo, fazendo uso de molas LMF e sistema de controle de temperatura baseado na lógica fuzzy, visando reduzir as amplitudes de vibração quando da passagem por velocidades críticas. Tal redução ocorreu a partir da mudança de rigidez do sistema (mancal de suporte ativo), obtido pela mudança da temperatura das molas. Os resultados teóricos e experimentais do funcionamento do sistema mostraram a sua funcionalidade, sendo obtidas reduções de até 61,5% nas amplitudes de pico e de 57,3% em termos de RMS do sinal, durante a passagem pelas regiões de ressonância.

O mancal magnético base deste trabalho é de 1-GDL(grau de liberdade) de controle uni-axial com circuito magnético híbrido do tipo atração, o qual foi desenvolvido em 2000 na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo por Silva e Horikawa [1][2]. Nas duas extremidades do rotor são fixados ímãs, e em oposição ficam os atuadores eletromagnéticos com núcleos ferromagnéticos. Os ímãs são atraídos para os atuadores pelas forças magnéticas devido à presença dos núcleos ferromagnéticos dos dois atuadores. Devido à concorrência entre as forças magnéticas de atração, o rotor fica confinado na posição central do eixo axial resultando numa rigidez passiva para esforços radiais. E na direção axial, a posição do rotor é definida pelo controle ativo que produz o efeito da levitação magnética do rotor. Se o rotor do mancal magnético sofrer esforços na direção axial, o sistema de controle deve aplicar mais corrente elétrica nos atuadores para assegurar o correto posicionamento do rotor, isto pode gerar um enorme consumo de energia elétrica. Este trabalho estuda o princípio de controle de mancal magnético com potência nula para ser aplicado no projeto de uma bomba centrífuga mista, que tem seu rotor suspenso magneticamente. É chamada de potência nula a condição de operação com o mínimo de consumo de energia na levitação do rotor. A bomba em projeto será utilizada no auxílio da circulação sanguínea, aliviando a carga do bombeamento do ventrículo esquerdo do coração doente, por isso o projeto da bomba é chamado de Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV). As necessidades técnicas do DAV justificam o emprego do sistema de mancal magnético e do controle de potência nula. Para se aplicar a técnica de controle de potência nula é essencial que o sistema magnético do mancal seja do tipo híbrido. Este estudo se desenvolveu a partir do sistema de mancal magnético desenvolvido por Silva e Horikawa [1][2] pela semelhança de propriedades que o mancal do DAV solicita. O Algoritmo do controle de potência nula (ZPC- zero power control) foi desenvolvido para proporcionar um código simples e pequeno sem comprometer a robustez do controle que o projeto do DAV requer. / The magnetic bearing of this work is based on the 1-DOF (degree of freedom) control uni-axial magnetic circuit with hybrid-type attraction, which was developed in 2000 at the Polytechnic School, University of São Paulo by Silva and Horikawa [1][2]. At both ends of the rotor magnets are fixed, and in opposition are the electromagnetic actuators with ferromagnetic cores. The magnets are attracted to the actuators by the forces due to the presence of ferromagnetic cores of the two actuators. Due to competition between the magnetic forces of attraction, the rotor is confined in the central position of the axial stiffness resulting in efforts to radial. And in the axial direction, the rotor position is defined by the active control that produces the effect of magnetic levitation of the rotor. If the rotor magnetic bearing suffer efforts in the axial direction, the control system should apply more electrical current in the actuators to ensure correct positioning of the rotor, this can generate a huge power consumption. This paper studies the principle of magnetic bearing control with zero power to be applied in designing a mixed centrifugal pump, which has its rotor magnetically suspended. It is called the zero power operating condition with minimal energy consumption in the levitation of the rotor. The pump design will be used to aid blood circulation, relieving the load on the pumping of the left ventricle of the heart sick, so the pump design is called a Ventricular Assist Device (VAD). The technical needs of the DAV justify the use of magnetic bearing system and zero power control. To apply the technique of zero power control is essential that the magnetic bearing system is a hybrid. This study was developed from the magnetic bearing system developed by Silva and Horikawa [1] [2] by the similarity of the bearing properties of the DAV requests. The algorithm of zero power control (ZPC-zero power control \") was developed to provide a simple and small code without compromising the robustness of the control that the project requires the VAD.