Orientador: José Manoel Baltazar / Co-orientador: Átila Madureira Bueno / Banca: Paulo José Amaral Serni / Banca: Andre Luiz Andreoli / Resumo: O estudo de técnicas de controle de vibração tem grande importância em diversas áreas da Engenharia, tais como Aeroespacial, Automobilística, Mecânica, Robótica, etc. Um dos principais problemas observados nesses sistemas referem-se as oscilações mecânicas oriundas dos movimentos, ocasionando as vibrações nas estruturas flexíveis. Os sistemas de controle de veículos espaciais, satélites artificiais, manipuladores robóticos, guindastes rotativos, vigas engastadas, entre outros, mesmo se considerados rígidos, apresentam comportamento não-linear. Analisar essas situações expostas visa, dentro das diversas áreas, proporcionar maior margem de segurança e estabilidade do equipamento, da carga e dos usuários. Diante desse contexto, este trabalho tem como objetivo desenvolver modelos matemáticos para sistemas rotacionais em estruturas flexíveis e aplicar um Observador de Estados para estimar as variáveis de estado, que permite diminuir a quantidade de sensores, e projetar controladores para atenuar vibrações, com base na resposta experimental, na avaliação, verificação e validação do modelo desenvolvido para controlar vibrações em estruturas flexíveis. A metodologia utilizada baseia-se em desenvolver modelos matemáticos do sistema de controle de vibração para o sistema Rotary Flexible Link da Quanser, que consiste de uma haste metálica flexível acoplada a um servomecanismo que permite o movimento rotacional no plano horizontal. Para a obtenção das equações de movimento, considerou-se o método de Euler-Lagrange. Os resultados foram o desenvolvimento e validação experimental dos modelos matemáticos para controlar a vibração da viga flexível, e com a utilização do Observador de Estados permitiu demonstrar uma ótima estimativa das variáveis de estado, além de eliminar a utilização do tacômetro e do strain gage. / Abstract: The study of vibration control techniques has great importance in several areas of Engineering, such as Aerospace, Automotive, Mechanics, Robotics, etc. One of the main problems observed in these systems refers to the mechanical oscillations originating from the movements, causing the vibrations in the flexible structures. Space vehicle control systems, artificial satellites, robotic manipulators, rotary cranes, clamped beams, among others, even if considered rigid, exhibit non-linear behavior. Analyzing these exposed situations aims, within the several areas, to provide greater margin of safety and stability of the equipment, the load and the users. Given this context, this work aims to develop mathematical models for rotational systems in flexible structures and to apply a State Observer to estimate the state variables, which allows to reduce the number of sensors, and design controllers to attenuate vibrations, based on the response Experimental, in the evaluation, verification and validation of the model developed to control vibrations in flexible structures. The methodology used is based on developing mathematical models of the vibration control system for the Rotary Flexible Link system of Quanser, which consists of a flexible metal beam coupled to a servomechanism that allows rotational movement in the horizontal plane. In order to obtain the equations of motion, the Euler-Lagrange method was considered. The results were the development and experimental validation of the mathematical models to control the vibration of the flexible beam, and with the use of the State Observer, it was possible to demonstrate a good estimation of the state variables, besides eliminating the use of the tachometer and the strain gage. / Mestre

Orientador: Alcir Jose Monticelli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-16T04:55:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Murari_CarlosAlbertoFavarin_D.pdf: 1829609 bytes, checksum: 0f71cd13ce91bad920d3842e5298ab29 (MD5) Previous issue date: 1986 / Resumo: Não informado. / Abstract: Not informed. / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Este trabalho apresenta através de simulação um estudo comparativo de estimadores de velocidade de motor de indução trifásico por meio de observadores de estado e da técnica do filtro de Kalman. É realizada uma análise comparativa de desempenho das estratégias de estimação determinísticas e estocásticas, com observadores adaptativos e estimadores baseados na teoria do filtro de Kalman estendido, respectivamente. A realização do trabalho visa a constatação dos procedimentos de elaboração, de operação e de aplicação destas técnicas de estimação usando um exemplo real com fins de ilustrar o ensino de controle e acionamento de máquinas elétricas. As simulações foram realizadas através do Matlab/Simulink com a utilização das ferramentas do Power System Blockset (PSB) e o algoritmo dos estimadores é escrito em programa Matlab e executado por uma função S-Function. Os resultados de simulação demonstram a eficiência de cada um dos estimadores propostos, no que se refere ao comportamento transitório, robustez a ruídos e variações nos parâmetros do motor. / This works presents through of the simulation a comparative study of the sensorless of speed estimation of induction three-phase motor using state observer and Kalman filter. A comparative analysis of the performance of the deterministic and stochastic estimation strategies using adaptive observers and estimators based on extended Kalman filter was realized. The work aims to verify the procedure of the elaboration, operation and application of such estimation techniques using a real example to illustrate the teaching of the control and driving of electric machines. The simulations where performed using Matlab/Simulink with Power System Blockset (PSB) toolboxes and the estimators are programmed as S-Function Matlab. The results indicate the effectiveness of the proposed estimators, according to the transient behavior, robustness to noise and ability to handle parametric variations.

Este trabalho apresenta através de simulação um estudo comparativo de estimadores de velocidade de motor de indução trifásico por meio de observadores de estado e da técnica do filtro de Kalman. É realizada uma análise comparativa de desempenho das estratégias de estimação determinísticas e estocásticas, com observadores adaptativos e estimadores baseados na teoria do filtro de Kalman estendido, respectivamente. A realização do trabalho visa a constatação dos procedimentos de elaboração, de operação e de aplicação destas técnicas de estimação usando um exemplo real com fins de ilustrar o ensino de controle e acionamento de máquinas elétricas. As simulações foram realizadas através do Matlab/Simulink com a utilização das ferramentas do Power System Blockset (PSB) e o algoritmo dos estimadores é escrito em programa Matlab e executado por uma função S-Function. Os resultados de simulação demonstram a eficiência de cada um dos estimadores propostos, no que se refere ao comportamento transitório, robustez a ruídos e variações nos parâmetros do motor. / This works presents through of the simulation a comparative study of the sensorless of speed estimation of induction three-phase motor using state observer and Kalman filter. A comparative analysis of the performance of the deterministic and stochastic estimation strategies using adaptive observers and estimators based on extended Kalman filter was realized. The work aims to verify the procedure of the elaboration, operation and application of such estimation techniques using a real example to illustrate the teaching of the control and driving of electric machines. The simulations where performed using Matlab/Simulink with Power System Blockset (PSB) toolboxes and the estimators are programmed as S-Function Matlab. The results indicate the effectiveness of the proposed estimators, according to the transient behavior, robustness to noise and ability to handle parametric variations.

Orientador: Gilberto Pechoto de Melo / Resumo: Monitorar a integridade de estruturas, sejam elas, máquinas ou equipamentos mecânicos, consiste em um ramo de estudo que está se firmando. As técnicas que englobam esse monitoramento fazem uso da combinação de sensores e rotinas computacionais para pode extrair os dados necessários da maneira que o operador/analista desejar. Uma das áreas carentes desse tipo de análise/controle é a de distribuição de energia. Todos os anos são noticiados casos envolvendo acidentes envolvendo torres de transmissão que vêm ao chão por, não um, mas vários fatores. Em meio as técnicas de monitoramento, a dos observadores de estado é a que se destaca mais. Contudo, apesar do destaque, a técnica dos observadores de estado possui restrições que motivam novas abordagens. Outro método numérico utilizado amplamente na área de análises em engenharia é o Método dos Elementos Finitos. Este conhecido método, que já possui base mais sólida de desenvolvimento, atualmente faz uso de softwares para a realização dos cálculos de análise estática e/ou dinâmica. O presente trabalho, em conjunto com os observadores de estado e o método dos elementos finitos, mostra uma abordagem, ainda que simples, de uma área pouco explorada com o método – a de detecção e localização de falhas em torres de transmissão via observadores de estados aliado ao método dos elementos finitos. / Mestre

Orientador: Paulo José Amaral Serni / Coorientador: Átila Madureira Bueno / Banca: Diego Colon / Banca: Wesley Angelino de Souza / Banca: Everson Martins / Banca: Maria Gloria Cano de Andrade / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema integrado de co-simulação aplicado a duas plantas: uma planta de controle de nível que se comunica com um controlador baseado na técnica LQG/LTR e um sistema de viga flexível controlado por um observador de estados. A planta de nível é composta por um modelo digital e um modelo analógico. A primeira é simulada via um computador digital e a segunda é projetada e montada em um circuito eletrônico usando a técnica de simulação analógica, com um sistema de aquisição de dados QPID da QuanserTM. A comunicação entre a planta e o controlador é feita via um protocolo de comunicação industrial que permite a troca das informações de controle. O principal objetivo do sistema é demonstrar as funcionalidades da integração dos subsistemas para controlar o nível do tanque central e a diferença de níveis entre os tanques da direita e da esquerda. Antes de realizar a co-simulação, o sistema foi estudado usando-se um módulo para substitui-lo, mantendo-se também o mesmo protocolo de comunicação. Esse módulo possui a mesma função do computador analógico, ou seja, com ganhos, somadores e integradores, com a diferença de ser implementada em um computador digital. Assim, foi possível criar um banco de dados inicial para comparar e validar a função do circuito eletrônico do computador analógico. Como estudo de caso da comunicação OPC, foi realizado um experimento para controlar um sistema de viga flexível FlexgageTM. Para tanto, este sistema foi... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents the development of an integrated system of co-simulation applied to: a level test bench that communicates with a controller based in LQG/LTR technique, and a system with a flexible link with a state observer controller. The level bench is composed of a digital model and an analog model of the co-simulation system. The first model is simulated on a digital computer and the second is designed and implemented in an electronic circuit using the analog computing technique. A QPID data acquisition system by QuanserTM perform the data exchange between the plant and the controller by means of an industrial protocol. The main objective of this system is to demonstrate the functionality of the integration of the subsystems to regulate the central tank level and the level difference between the right and the left tanks. Before performing the co-simulation with the electronic circuit, the system was tested using digital model with industrial protocol communication also. The digital model performed the same function as the analog computer, with gains, summers and integrators, allowing to create an initial data bank to compare and to validate the function analog model. A case study using OPC communication was done with an experiment to control a flexible link system FlexgageTM. This system was simulated in a LabVIEWTM and controlled by a state observer controller implemented by an algorithm in the SciLabTM application. In this situation, the process variable and control ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Gilberto Pechoto de Melo / Banca: Luiz de Paula do Nascimento / Banca: Gregory Bregion Daniel / Resumo: Uma máquina rotativa é composta por muitos componentes interconectados que atuam em conjunto. Essa influência mútua pode ocasionar uma grande variedade de fenômenos durante seu funcionamento. Desbalanceamento, desalinhamento e falha em mancais de rolamento são os principais responsáveis pela vibração desses equipamentos. Uma das soluções para evitar tais problemas é o monitoramento constante de máquinas a fim de antever um dano mais grave. Nesse ambiente, há a preocupação no desenvolvimento de novas técnicas de detecção e localização de falhas. Uma das técnicas mais difundidas atualmente é a identificação de rigidez e amortecimento dos mancais e de forças de excitação do sistema. Para o desenvolvimento dessas metodologias há a necessidade de construção de modelos matemáticos capazes de representar o comportamento mecânico, sendo úteis na previsão da resposta do sistema. Neste âmbito, este projeto tem como proposta estimar a rigidez e o amortecimento dos mancais - a partir de dados experimentais - e identificar as forças de desbalanceamento utilizando três métodos diferentes: séries de Fourier, polinômios de Legendre e de Chebyshev / Abstract: A rotating machine is composed of many interconnected components working together. This mutual influence can cause a wide range of phenomena during operation. Unbalancing, misalignment and failure in ball bearings are mainly responsible for the vibration of such equipment. One solution to avoid such problems is the constant monitoring of machines in order to predict a more severe damage. In this environment, there is concern in the development of new techniques for detection and troubleshooting. One of the techniques is now widespread the identification of stiffness and damping of the bearing and the excitation forces of the system. For the development of these methods is the need to build mathematical models that represent the mechanical behavior and is useful in predicting system response. In this context, this project proposes the estimation of stiffness and damping of the bearings - from experimental data - and the identification of unbalance forces using three different methods: Fourier series, Legendre polynomials and Chebyshev / Mestre

Made available in DSpace on 2015-10-06T13:03:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-07-27. Added 1 bitstream(s) on 2015-10-06T13:18:40Z : No. of bitstreams: 1 000849630.pdf: 1737735 bytes, checksum: 2b61d169ff959c861125b69360748f6a (MD5) / Uma máquina rotativa é composta por muitos componentes interconectados que atuam em conjunto. Essa influência mútua pode ocasionar uma grande variedade de fenômenos durante seu funcionamento. Desbalanceamento, desalinhamento e falha em mancais de rolamento são os principais responsáveis pela vibração desses equipamentos. Uma das soluções para evitar tais problemas é o monitoramento constante de máquinas a fim de antever um dano mais grave. Nesse ambiente, há a preocupação no desenvolvimento de novas técnicas de detecção e localização de falhas. Uma das técnicas mais difundidas atualmente é a identificação de rigidez e amortecimento dos mancais e de forças de excitação do sistema. Para o desenvolvimento dessas metodologias há a necessidade de construção de modelos matemáticos capazes de representar o comportamento mecânico, sendo úteis na previsão da resposta do sistema. Neste âmbito, este projeto tem como proposta estimar a rigidez e o amortecimento dos mancais - a partir de dados experimentais - e identificar as forças de desbalanceamento utilizando três métodos diferentes: séries de Fourier, polinômios de Legendre e de Chebyshev / A rotating machine is composed of many interconnected components working together. This mutual influence can cause a wide range of phenomena during operation. Unbalancing, misalignment and failure in ball bearings are mainly responsible for the vibration of such equipment. One solution to avoid such problems is the constant monitoring of machines in order to predict a more severe damage. In this environment, there is concern in the development of new techniques for detection and troubleshooting. One of the techniques is now widespread the identification of stiffness and damping of the bearing and the excitation forces of the system. For the development of these methods is the need to build mathematical models that represent the mechanical behavior and is useful in predicting system response. In this context, this project proposes the estimation of stiffness and damping of the bearings - from experimental data - and the identification of unbalance forces using three different methods: Fourier series, Legendre polynomials and Chebyshev

Made available in DSpace on 2018-07-27T17:13:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-06-02. Added 1 bitstream(s) on 2018-07-27T17:16:26Z : No. of bitstreams: 1 000888006.pdf: 4113638 bytes, checksum: 7791703042b32cfb18d6779d92b26fb7 (MD5) / 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 / 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

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-12-21Bitstream added on 2014-06-13T20:35:24Z : No. of bitstreams: 1 fernandesjunior_ja_me_ilha.pdf: 4603291 bytes, checksum: 36699db66d480afb9c0cd31e5f7b4427 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os métodos de diagnose de falhas buscam evitar que estas ocorram sem predição, de modo que medidas preventivas possam ser tomadas para garantir a integridade física dos equipamentos e pessoas envolvidas no processo em que o sistema monitorado está inserido. Os eixos rotativos são elementos passíveis de fenômenos prejudiciais causados pela própria condição de movimento, que são refletidas na ciclagem das tensões atuantes em seu material. Este trabalho propõe a detecção em tempo real de trincas em eixos rotativos, pelo monitoramento do sistema em operação, usando a metodologia dos observadores de estados. Inicialmente, o projeto de observadores de estado via Regulador Linear Quadrático e Filtro de Kalman é introduzido. Em seguida, os observadores de estados com entradas desconhecidas são apresentados. Os modelos numéricos são obtidos por discretização através do Método dos Elementos Finitos e pelo ajuste da resposta em freqüência. A validação numérica do método proposto é feita pela identificação de alterações de parâmetros de rigidez de um sistema massa-mola-amortecedor e de trincas simuladas em um eixo rotativo numérico através de um modelo de falha empírico. A validação experimental da técnica proposta é obtida pela identificação de um entalhe transversal causado no eixo de um sistema rotativo experimental / The faults diagnosis methods seeks to avoid them not to occur without prediction, so that preventive tasks can be taken to ensure the physical integrity of equipments and people involved in the process where the monitored system is inserted. The rotating shafts are elements capable of harmful phenomena caused by its own movement condition, which are reflected on the cycling of the acting stresses on its material. This work proposes the real-time structural crack detection in rotating shafts, by the monitoring of the system in operation, using the methodology of the state observers. Initially, the project of state observers via Linear Quadratic Regulator and Kalman Filter are introduced. Then, the unknown input state observers are presented. The numerical models are obtained by discretization through the Finite Elements Method and the frequency response fitting. The numerical validation of the proposed method if verified by the identification of stiffness parameters change of a mass-spring-damper system and flaws simulated in a numerical rotating shaft using an empirical model of failure. The experimental validation is obtained by the identification of a transversal dent caused in the shaft of an experimental rotating system