Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-02T15:20:50Z No. of bitstreams: 1 catarinavieiranagahama.pdf: 3773576 bytes, checksum: ae1c4d72f2626e67a0fa112d4f0ee815 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-06T19:53:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 catarinavieiranagahama.pdf: 3773576 bytes, checksum: ae1c4d72f2626e67a0fa112d4f0ee815 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T19:53:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 catarinavieiranagahama.pdf: 3773576 bytes, checksum: ae1c4d72f2626e67a0fa112d4f0ee815 (MD5) Previous issue date: 2013-09-10 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Sistemas de controle de vibrações estruturais são formas de proteção que visam reduzir vibrações excessivas e/ou indesejáveis induzidas por cargas dinâmicas atuantes em estruturas civis, de forma a atender os critérios de segurança, funcionalidade e conforto aos usuários. Estes sistemas podem ser classificados em passivo, ativo, híbrido e semiativo. Dentre os sistemas de controle de vibrações, os semiativos têm se mostrado bastante atrativos por aliar a confiança e a simplicidade típicas de sistemas passivos `a adaptabilidade dos sistemas ativos, destacando-se, dentre eles, os amortecedores magnetorreológicos (MR). Os amortecedores MR são dispositivos semiativos que possuem a capacidade de mudar, de maneira reversível e quando exposto a um campo magnético, de um estado líquido para um estado semi-sólido em milissegundos. Essa característica faz dos amortecedores MR uma ferramenta ideal para o controle de sistemas estruturais, pois com eles é possível administrar forças de amortecimento de forma rápida e segura, utilizando pequenas quantidades de energia. Neste trabalho, a eficiência do controle semiativo utilizando amortecedores MR aplicados a um modelo de um edifício de dois andares submetido a uma aceleração na base é estudada. Os resultados obtidos são validados através da comparação com resultados já publicados por outros autores. A metodologia adotada consiste basicamente em avaliar o comportamento dos amortecedores MR em três situações distintas: 1) funcionando como um amortecedor passivo, ou seja, aplicando-se uma voltagem constante e, portanto, sem variações de suas propriedades amortecedoras; 2) funcionando como um controlador semiativo em que a voltagem de comando dos amortecedores MR é determinada pelo algoritmo clipped optimal baseado em um regulador linear quadrático (LQR), podendo assumir o valor 0V ou voltagem máxima; e 3) funcionando como controlador semiativo com voltagem de comando otimizada, podendo assumir valores intermediários de voltagem entre 0V e voltagem máxima. Esta última estratégia é original e consiste na principal contribuição do presente trabalho. Para efeitos comparativos, o modelo estudado também foi submetido ao controle puramente ativo, supondo-se um atuador mecânico exercendo forças de controle diretamente na estrutura. Esta última estratégia permite confrontar os desempenhos do amortecedor MR com um controlador ativo. / Structural vibration control systems are means of protection which aim the reduction of excessive or undesirable vibrations caused by dynamic loads on civil structures in other to assure safety and comfort criteria. Those systems are classified into passive, active, hybrid and semi-active. Semi-active controls systems are among the most used due to reliability and simplicity reasons. The magnetorheological dampers (MR) are semi-active devices capable of changing from liquid to semisolid state in milliseconds, in a reversible manner, when exposed to a magnetic field. Due to this capability, MR dampers are considered as a perfect tool for controlling structural systems - allowing the management of damping load fast and safely, with small amount of energy. This work studies the efficiency of semi-active control systems, by means of MR dampers applied to a two-story building model subject to accelerations applied to its basis. The obtained results are compared to data available in the literature, showing good agreement. The adopted methodology consists in evaluating the MR dampers behavior in three distinct situations: 1) applied as a passive damper: under constant voltage, with no variation of dampers properties; 2) applied as a semiactive controller for which the activation voltage is determined by the clipped optimal algorithm based on a linear quadratic regulator - with voltages of 0V or a maximum value; 3) applied as a semiactive controller with optimized activation voltage, assuming voltage values ranging from 0V to a maximum value. This strategy is original and consists in the main contribution of the present work. For comparison purposes, the studied model was also subjected to purely active control, by assuming a mechanical actuator exerting control forces directly on the structure. This strategy allows confronting the performance of the MR damper with an active controller.

A otimização de amortecedores é uma área nova que vem sendo explorada nos últimos anos. Existem vários métodos clássicos e outros mais recentes que estão disputando em confiabilidade, eficiência e rapidez na obtenção de um resultado ótimo. Os algoritmos de otimização são classificados em determinísticos, que utilizam a informação do gradiente, ou seja, usam os valores das funções e suas derivadas, e os meta-heurísticos são algoritmos aleatórios que são métodos probabilísticos não baseados em gradiente, utilizando somente a avaliação da função objetivo. O Firefly Algorithm é um algoritmo meta-heurístico relativamente recente inspirado no comportamento da luz dos vagalumes. Este trabalho propõe um método para a otimização de amortecedores por atrito utilizando algoritmo meta-heurístico. O método proposto é testado em dois edifícios, de nove e dezesseis andares, submetidos a duas excitações sísmicas cada. A otimização tem um objetivo principal: diminuir a resposta dinâmica em termos do deslocamento máximo no topo das estruturas obtido através de um algoritmo programado baseado no método das diferenças finitas centrais, otimizando o local de um número máximo de amortecedores e as forças de atrito dos mesmos. Para o caso da estrutura de nove andares o número máximo de amortecedores é de quatro e para o caso da estrutura de dezesseis andares o número máximo é seis. Os resultados demostraram que, para os dois casos estudados, o deslocamento no topo da estrutura diminui em mais de 50%, concluindo-se que o método programado é eficaz assim como o Firefly Algorithm é adequado para obter as posições e as forças de atrito ótimas. Portanto, acredita-se que o método proposto poderá ser utilizado como uma ferramenta útil para auxiliar no projeto de amortecedores por atrito. / The damper’s optimization is a new area that has been explored in recent years. There are several classics and newer methods that are competing in reliability, efficiency and speed in achieving a great result. The algorithms are classified as deterministic, using gradient information, or use the function values and their derivatives, and meta- heuristic optimization algorithms are random probabilistic methods that are not based on gradient using only the evaluation of the objective function. The Firefly Algorithm is a relatively new meta-heuristic algorithm inspired on the behavior of the light of fireflies. This work proposes a method for the friction damper’s optimization using meta-heuristic algorithm. The proposed method is tested in two structures: a nine story building and a sixteen story building. They were submitted to two seismic excitations each. The optimization has one main goal: to reduce the dynamic response in terms of the maximum displacement at the top of the structures obtained by a programmed algorithm based on the central finite difference method, optimizing the location of a maximum number of dampers and their friction’s forces. In the case of the nine story building, the maximum number of dampers is four, and in the case of the sixteen story building the maximum number is six. The results showed that for the two cases studied, the displacement at the top of the structure decreases by more than 50%, concluding that the programmed method is effective and the Firefly Algorithm is appropriate to get the positions and friction’s forces optimal. Therefore, it is believed that the proposed method can be used as a tool to aid in the design of friction dampers.

[pt] O aumento da altura dos edifícios, aliado ao surgimento de materiais mais resistentes, faz com que as estruturas sejam cada vez mais esbeltas. Com isso, a ação do vento se torna um importante fator a ser considerado nesses projetos. A sua característica dinâmica provoca efeitos de vibração nas estruturas que devem ser analisados, em especial em relação ao conforto do usuário, afetado por deslocamentos e acelerações elevadas. Este estudo aborda a utilização de amortecedores fluidos como forma de reduzir a resposta dinâmica das estruturas submetidas a cargas de vento. A carga de vento consiste em um evento aleatório, devendo ser analisada estatisticamente. Desta forma, foi adotado o Método dos Ventos Sintéticos para definir o carregamento de vento aplicado à estrutura. Os amortecedores empregados na estrutura são fluidos, altamente viscosos, portanto seu comportamento pode ser considerado linear. A avaliação do comportamento da estrutura foi realizada pelo programa computacional Robot Structural Analysis. Foi feita uma análise estática afim de realizar o pré-dimensionamento da estrutura. Em seguida, fez-se uma análise dinâmica para a estrutura submetida ao carregamento de vento, com o objetivo de se analisar a influência dos amortecedores. Foram definidos cinco modelos estruturais, com diferentes configurações de amortecedores, de forma a encontrar a sua melhor distribuição na estrutura para reduzir a resposta a níveis aceitáveis de conforto para os usuários. / [en] With the increase in building height and the development of more resistant materials, structures are becoming more flexible. This has made the consideration of wind loads an important factor to be considered in their projects. The dynamic characteristic of these loads causes important vibration effects in these structures due to their low vibration frequencies, which must be considered in design, especially regarding the users comfort, affected by high displacements and acceleration. This study analyses the use of fluid dampers in order to reduce the dynamic response of the structure under wind loading. The wind load is a random phenomenon, and must be studied statistically. In the present work the Synthetic Wind Method has been adopted in order to generate the variation of the wind load in time. The dampers applied to the structure are fluid dampers, highly viscous, so its behavior can be considered linear. The computer software Robot Structural Analysis is used to study the structural behavior. An analysis considering the wind as an equivalent static load is adopted for the preliminary design. Then, a dynamic analysis is conducted, considering the structure under a time varying wind loading, to investigate the effect of the fluid dampers on the response. Five models are investigated, with different configurations for the dampers, in order to define the best configuration and obtain acceptable levels of displacements and acceleration.

[pt] A crescente demanda de óleo observada nas últimas décadas tem motivado as indústrias de petróleo a explorarem novas reservas em águas cada vez mais profundas, o que representa um maior desafio operacional, de segurança e econômico. Nesse novo cenário, as condições ambientais se tornam mais severas, conferindo às unidades flutuantes movimentos de amplitude cada vez maiores. Em consequência, os risers, que são os principais componentes responsáveis pelo transporte de óleo desde o reservatório até as unidades flutuantes, passam a ser solicitados de forma mais intensa. Um grande desafio tem sido colocado para as indústrias de petróleo no sentido de desenvolverem configurações para os risers capazes de reduzir os efeitos dinâmicos que lhes são impostos e, consequentemente, viabilizarem o seu uso em águas profundas e ultraprofundas. Configurações do tipo Lazy-S, Pliant-Wave, entre outras, têm sido propostas, porém, além de complexas, demandam muita logística e apresentam elevados custos para a sua implantação. Esta dissertação propõe uma solução alternativa que consiste no estudo de configurações ótimas de risers em catenária utilizando amortecedores hidrodinâmicos. As dimensões e o posicionamento desses amortecedores são obtidos por meio de técnicas de otimização multiobjetivo, buscando-se minimizar os efeitos provocados pelas ondas de compressão ao longo dos risers e os custos envolvidos na utilização desses amortecedores, respeitando-se algumas restrições geométricas. O processo de otimização é realizado por meio do algoritmo genético NSGA-II, disponível no programa modeFRONTIER. O equilíbrio dinâmico dos risers, verificado em cada passo da otimização, é obtido por meio do programa Anflex. Exemplos representativos são utilizados para demonstrar a eficiência e a viabilidade da utilização da metodologia proposta. / [en] The growing demand for oil, observed in recent decades has motivated the oil industry to exploit new oil reserves in ever-deeper waters, representing a greater operational challenge, security and economic. In this new scenario, the environmental conditions become more severe, causing the floating units movements with increasing amplitude. Consequently, the risers, which are the main components responsible for the transport of oil from the reservoir to the floating units, shall be requested more intensely. The oil industry confronts a major challenge in order to develop riser configurations that can reduce the dynamic effects that are imposed on it and hence to enable its use in deep and ultra-deep waters. Lazy-S, Pliant-Wave, among others riser configurations, have been proposed, however, besides complex, require a lot of logistics and have high costs for their deployment. This thesis proposes an alternative solution that consists of the study of optimum catenary risers configurations using hydrodynamic dampers. The dimensions and placement of these dampers are obtained by means of multi-objective optimization techniques seeking to minimize the effects caused by compression waves over the risers and the costs involved in using these dampers, fullfilling certain geometric constraints. The optimization process is performed by the genetic algorithm NSGA-II, available at modeFRONTIER program. The dynamic equilibrium of risers, evaluated at each step of the optimization is obtained through Anflex program. Representative examples are used to demonstrate the efficiency and feasibility of using the proposed methodology.

A utilização de sistemas semi-ativos no controle de movimento e vibração vem crescendo muito nos últimos anos, e está se firmando como a opção mais econômica em muitas aplicações. Os sistemas de controle semi-ativos baseados em fluidos magneto-reológicos (MR) já são empregados no controle de vibrações desde máquinas de lavar a grandes pontes suspensas, e até mesmo no controle de vibração de edifícios sujeitos a abalos sísmicos. No controle de movimento, eles têm sido aplicados em aparelhos de fisioterapia, próteses de joelho humano e embreagens. No setor automobilístico, os sistemas semi-ativos são empregados em sistemas de controle da suspensão e sistemas anti-rolagem, e também no controle de sistemas de torque e tração. Visto a crescente importância dos sistemas de controle semi-ativo, este trabalho aborda este assunto dividindo-o em duas partes: a primeira, apresentada no volume 1, trata do projeto de atuadores magneto-reológicos e do seu modelamento dinâmico voltado para projetos de controle; e a segunda parte, apresentada no volume 2, trata de projeto de controladores para sistemas semi-ativos, mais especificamente voltados para o controle de suspensão veicular semi-ativa, buscando a melhoria do desempenho em conforto, segurança e dirigibilidade do veículo. Na primeira parte, a maior contribuição deste trabalho está em preencher uma lacuna na literatura no que diz respeito a uma técnica sistemática de projeto de atuadores magneto-reológicos e da forma mais adequada de sua representação dinâmica para projetos de controle, que é feita a partir de dados experimentais. Na segunda parte deste trabalho buscou-se desenvolver um sistema de controle economicamente viável para veículos utilitários (caminhonetes principalmente). Estes são os veículos que mais carecem de sistemas de suspensão capazes de atender a uma grande variedade de situações (variação de pista, variação de carga), e cujo mercado exige uma relação custo/benefício melhor que aquela dos mercados de carros de luxo, onde estes sistemas são empregados atualmente. Como resultados mais importantes deste trabalho têmse: uma proposição para o uso da lei de controle LQG/LTR em sistemas não estritamente próprios; um modelo de um veículo utilitário completo com sete graus de liberdade e capaz de representar as situações mais importantes do comportamento dinâmico deste tipo de veículo; o desenvolvimento de uma estratégia de controle robusto baseado na técnica LQG/LTR, adequada para trabalhar com atuadores semi-ativos, e que utiliza sensores de custo compatível com a aplicação. O sistema de controle proposto foi capaz de melhorar o desempenho em conforto e segurança, evitando situações de perda de aderência dos pneus e comportamentos dinâmicos indesejáveis destes veículos, que foi verificado experimentalmente e através de simulações em computador. / The application of semi-active systems to motion and vibration control has significantly grown during the last years, and it is becoming an economically viable option for several applications. Semi-active systems based on magneto-rheological (MR) fluids were applied to vibration control ranging from washing machines to suspended bridges, and also in vibration control of buildings under seismic tremors. Regarding the movement control, they have been used in gym apparati, human knee prosthesis and clutches. More specifically in the automotive industry, semi-active systems have been applied in suspension and anti-roll systems, and also in torque and traction control systems. This work treats this subject dividing it into two parts: the first one, presented in volume 1, deals with the design of semi-active actuators based on magneto-rheological fluids and dynamic modeling; and the second one, presented in volume 2, deals with the design of semi-active control for vehicular suspension systems. The control main objective is the performance improvement in comfort, safety and handling features of a vehicle. In the first part, the main contribution of this work is to fulfill a literature gap regarding a systematic procedure for design of magneto-rheological actuators and to find a better representation for the dynamic behavior regarding the control system development, which is done based on experimental data analysis. The second part of this work leaded with the development of a vehicular suspension system for utility vehicles (for SUVs, and mainly for light trucks), which need suspension systems able to face a great number of situations (road variation, load variation, etc.), and which present stability problems due to its high gravity center height. Important results of this work are: the development of a robust control strategy based on LQG/LTR techniques for non-strictly proper systems, the development of a dynamic model for light trucks and SUVs with seven degrees of freedom; the development of a robust control strategy based on the LQG/LTR synthesis, suit to work with semi-active actuators, and using sensors with costs compatible to the application. The proposed control system was able to improve the performance of comfort and safety, avoiding the loss of adherence between tires and the ground and other undesirable dynamic behaviors of these vehicles, that was verified experimentally and through computer simulations.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-07-26Bitstream added on 2014-06-13T20:16:17Z : No. of bitstreams: 1 paschoal_ef_me_ilha.pdf: 1666225 bytes, checksum: c8e0ac9ef47b75399e16b35077ba6dac (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O presente trabalho tem como objetivo a aplicação da tecnologia de controle semi-ativo em suspensões veiculares, empregando amortecedores magnetoreológicos e controladores nebulosos. O princípio de funcionamento dos amortecedores magnetoreológicos é evidenciado a partir de um procedimento de identificação numérica onde os resultados obtidos pela técnica de modelagem apresentada são confrontados com dados experimentais coletados. O grande avanço experimentado pelos controladores nebulosos nos últimos anos tem aberto novas possibilidades de aplicação prática de tais controladores. O comportamento não linear dos amortecedores magnetoreológicos associado às variações paramétricas e não- linearidades presentes em modelos de suspensões veiculares são características que corroboram para o uso dos controladores nebulosos. A formulação básica para a análise e projeto destes controladores é discutida e analisada através de um conjunto de simulações numéricas efetuado para a avaliação da robustez, estabilidade e desempenho dos mesmos. A bancada experimental, constituída de um sistema de dois graus de liberdade contendo um amortecedor magnetoreológico, é apresentada e tem seus parâmetros principais identificados. Tal bancada é usada para comparar os resultados numéricos simulados com aqueles obtidos experimentalmente. O trabalho termina comentando as potencialidades da metodologia apresentada, discutindo as facilidades e dificuldades encontradas na sua implementação e aponta propostas para a sua continuidade / This work focus on the investigation of semi-active vibration control technology in vehicle suspensions by using magneto-rheological dampers and fuzzy controllers. The operation principle of magneto-rheological dampers is verified by a numerical identification procedure and the results obtained by the presented modeling techniques are compared with the experimental collected data. The great progress tried by the fuzzy controllers in the last years has been opening new possibilities of practical application for these controllers. The non- linear behavior of the magnetorheological dampers associated to the parametric variations and non-linearities on vehicle suspension models corroborate to the use of the fuzzy controllers. The fundamental formulation of this controller is discussed and its robustness, stability and performance are shown through numeric simulations. An experimental apparatus representing a two degree-of-freedom system containing a magnetorheological damper is used to identify the main parameters and to compare the previous simulation results. This work is concluded presenting the potentialities of the design methodology proposed and future developments to be implemented

Comprovadamente, o sistema de suspensão veicular passivo é uma proposta confiável e econômica de solução tanto para redução dos níveis de vibração do chassi e da roda, quanto para a redução dos níveis de aceleração do chassi. Embora este sistema seja amplamente empregado nos veículos, ele apresenta a desvantagem que seus parâmetros não podem ser modificados de acordo com as variações geradas pela pista. Com isso surge o emprego da utilização do sistema de suspensão ativa, que possibilita a variação dos parâmetros da suspensão a tempo real, no entanto, o emprego deste tipo de suspensão requer um elevado nível de energia para o funcionamento correto de seus atuadores, acarretando na inviabilidade de algumas aplicações. Para solucionar as desvantagens encontradas para o sistema de suspensão passivo e ativo, surge o sistema de suspensão semiativo, que reúne as vantagens do sistema ativo, porém com um menor consumo de energia, gerando consequentemente uma opção de controle confiável e econômica de solução para os problemas de dirigibilidade e conforto veicular. O presente trabalho pretende realizar duas avaliações, sendo a primeira, a avaliação e comparação de um sistema de suspensão passivo com o desempenho de quatro controladores semiativos (on/off, skyhook, groundhook e híbrido) e a segunda é testar os mesmos controladores, porém considerando a dinâmica de um amortecedor magnético-reológico através do modelo de LuGre. Estes controladores serão aplicados a um modelo não linear de um quarto de carro com dois graus de liberdade, sendo as suas variáveis estimadas, através de um observador de estados não linear. A análise para a comparação dos sistemas será realizada através de simulações numéricas utilizando o software MatLab®. As simulações dos distúrbios gerados pela pista serão realizadas através de uma função degrau e uma função pulso com o objetivo de avaliar o desempenho de cada controlador. Após a implementação dos algoritmos de controle, foi possível verificar que o sistema de suspensão semiativo, frente às excitações propostas, apresentou um desempenho superior em relação ao conforto. Contudo, não tão significativas quanto ao do conforto, o sistema controlável também, comparativamente ao sistema passivo, apresentou melhoras no requisito dirigibilidade. / Proven, the passive vehicle suspension system is a reliable and cost-effective solution solution for both chassis and wheel vibration levels reduction and chassis acceleration levels reduction. Although this system is widely used in vehicles, it has the disadvantage that its parameters can not be modified according to the variations generated by the track. This results in the use of the active suspension system, which allows the variation of the parameters of the suspension in real time, however, the use of this type of suspension requires a high level of energy for the correct operation of its actuators, resulting in the unfeasibility of some applications. To solve the disadvantages found for the passive and active suspension system, the semiactive suspension system arises, which combines the advantages of the active system, but with a lower energy consumption, consequently generating a reliable and economical solution control option to the problems of maneuverability and vehicular comfort. The present work intends to perform two evaluations, the first being the evaluation and comparison of a passive suspension system with the performance of four semi-active controllers (on/off, skyhook, groundhook and hybrid) and the second is to test the same controllers, but considering the dynamics of a magneticrheological damper through the LuGre model. These controllers will be applied to a nonlinear model of a quarter-car with two degrees of freedom, with its variables being estimated through a nonlinear state observer. The analysis for the comparison of the systems will be performed through numerical simulations using MatLab® software. The simulations of the disturbances generated by the track will be performed through a step function and a pulse function in order to evaluate the performance of each controller. After the implementation of the control algorithms, it was possible to verify that the system of semi-active suspension against the proposed excitations presented a superior performance in relation to comfort. However, not as significant as comfort, the controllable system alo compared to the passive system, presented improvements in the steerability requirement.

Desde que se inventou o automóvel, a suspensão veicular é objeto de pesquisa e estudo. A função do sistema de suspensão de um veículo é minimizar a aceleração vertical, isolando os passageiros de choques e vibrações promovendo conforto, reduzindo a fadiga o que beneficia a saúde e segurança dos motoristas. Este trabalho apresenta uma proposta para o controle da suspensão veicular utilizando um controlador SDRE aplicado ao amortecedor magneto-reológico. A eficiência do controle proposto pode ser evidenciada através de simulações computacionais utilizando um modelo matemático não linear de um quarto de carro e um modelo matemático não-lienar de meio de carro. A análise do desempenho do controle é realizada considerando excitações provocadas por irregularidades da estrada representadas por entradas do tipo degrau e senoidal. As simulações computacionais foram realizadas utilizando o programa Matlab®. Os resultados das simulações evidenciam que o controle proposto melhora dirigibilidade do veículo ao reduzir o deslocamento vertical do conjunto eixo-roda e contribui com o conforto dos passageiros reduzindo as oscilações na carroceria. Adicionalmente, foram realizadas análises de simulações de variações paramétricas afim de se verificar o comportamento do controle proposto diante de incertezas. Os estudos paramétricos demonstram que o controle permanece estável, mesmo quando submetido a variações paramétricas. / Since car was developed, vehicular suspension is an object of research and study. The function of the suspension system of a vehicle is to minimize vertical acceleration, isolating passengers from shocks and vibrations promoting comfort, reducing fatigue which benefits the health and safety of drivers. This work presents a proposal for the control of vehicle suspension using an SDRE controller applied to the magneto-rheological damper. The efficiency of the proposed control can be evidenced through computational simulations using a quarter-car nonlinear mathematical model and a half-car nonlinear mathematical model. The analysis of the controller's performance is performed considering the excitations caused by irregularities of the road represented by step input and sinusoidal. Computational simulations were performed using Matlab®. The simulation results show that the proposed control improves the vehicle's dirigibility by reducing the vertical displacement of the wheel and also contributes to the passengers' comfort by reducing oscillations in the vehicle's body. In addition, simulations of parametric variations were performed in order to verify the behavior of the proposed control in face of uncertainties. Parametric studies demonstrate that control remains stable, even when subjected to parametric variations.

Desde que se inventou o automóvel, a suspensão veicular é objeto de pesquisa e estudo. A função do sistema de suspensão de um veículo é minimizar a aceleração vertical, isolando os passageiros de choques e vibrações promovendo conforto, reduzindo a fadiga o que beneficia a saúde e segurança dos motoristas. Este trabalho apresenta uma proposta para o controle da suspensão veicular utilizando um controlador SDRE aplicado ao amortecedor magneto-reológico. A eficiência do controle proposto pode ser evidenciada através de simulações computacionais utilizando um modelo matemático não linear de um quarto de carro e um modelo matemático não-lienar de meio de carro. A análise do desempenho do controle é realizada considerando excitações provocadas por irregularidades da estrada representadas por entradas do tipo degrau e senoidal. As simulações computacionais foram realizadas utilizando o programa Matlab®. Os resultados das simulações evidenciam que o controle proposto melhora dirigibilidade do veículo ao reduzir o deslocamento vertical do conjunto eixo-roda e contribui com o conforto dos passageiros reduzindo as oscilações na carroceria. Adicionalmente, foram realizadas análises de simulações de variações paramétricas afim de se verificar o comportamento do controle proposto diante de incertezas. Os estudos paramétricos demonstram que o controle permanece estável, mesmo quando submetido a variações paramétricas. / Since car was developed, vehicular suspension is an object of research and study. The function of the suspension system of a vehicle is to minimize vertical acceleration, isolating passengers from shocks and vibrations promoting comfort, reducing fatigue which benefits the health and safety of drivers. This work presents a proposal for the control of vehicle suspension using an SDRE controller applied to the magneto-rheological damper. The efficiency of the proposed control can be evidenced through computational simulations using a quarter-car nonlinear mathematical model and a half-car nonlinear mathematical model. The analysis of the controller's performance is performed considering the excitations caused by irregularities of the road represented by step input and sinusoidal. Computational simulations were performed using Matlab®. The simulation results show that the proposed control improves the vehicle's dirigibility by reducing the vertical displacement of the wheel and also contributes to the passengers' comfort by reducing oscillations in the vehicle's body. In addition, simulations of parametric variations were performed in order to verify the behavior of the proposed control in face of uncertainties. Parametric studies demonstrate that control remains stable, even when subjected to parametric variations.

A utilização de sistemas semi-ativos no controle de movimento e vibração vem crescendo muito nos últimos anos, e está se firmando como a opção mais econômica em muitas aplicações. Os sistemas de controle semi-ativos baseados em fluidos magneto-reológicos (MR) já são empregados no controle de vibrações desde máquinas de lavar a grandes pontes suspensas, e até mesmo no controle de vibração de edifícios sujeitos a abalos sísmicos. No controle de movimento, eles têm sido aplicados em aparelhos de fisioterapia, próteses de joelho humano e embreagens. No setor automobilístico, os sistemas semi-ativos são empregados em sistemas de controle da suspensão e sistemas anti-rolagem, e também no controle de sistemas de torque e tração. Visto a crescente importância dos sistemas de controle semi-ativo, este trabalho aborda este assunto dividindo-o em duas partes: a primeira, apresentada no volume 1, trata do projeto de atuadores magneto-reológicos e do seu modelamento dinâmico voltado para projetos de controle; e a segunda parte, apresentada no volume 2, trata de projeto de controladores para sistemas semi-ativos, mais especificamente voltados para o controle de suspensão veicular semi-ativa, buscando a melhoria do desempenho em conforto, segurança e dirigibilidade do veículo. Na primeira parte, a maior contribuição deste trabalho está em preencher uma lacuna na literatura no que diz respeito a uma técnica sistemática de projeto de atuadores magneto-reológicos e da forma mais adequada de sua representação dinâmica para projetos de controle, que é feita a partir de dados experimentais. Na segunda parte deste trabalho buscou-se desenvolver um sistema de controle economicamente viável para veículos utilitários (caminhonetes principalmente). Estes são os veículos que mais carecem de sistemas de suspensão capazes de atender a uma grande variedade de situações (variação de pista, variação de carga), e cujo mercado exige uma relação custo/benefício melhor que aquela dos mercados de carros de luxo, onde estes sistemas são empregados atualmente. Como resultados mais importantes deste trabalho têmse: uma proposição para o uso da lei de controle LQG/LTR em sistemas não estritamente próprios; um modelo de um veículo utilitário completo com sete graus de liberdade e capaz de representar as situações mais importantes do comportamento dinâmico deste tipo de veículo; o desenvolvimento de uma estratégia de controle robusto baseado na técnica LQG/LTR, adequada para trabalhar com atuadores semi-ativos, e que utiliza sensores de custo compatível com a aplicação. O sistema de controle proposto foi capaz de melhorar o desempenho em conforto e segurança, evitando situações de perda de aderência dos pneus e comportamentos dinâmicos indesejáveis destes veículos, que foi verificado experimentalmente e através de simulações em computador. / The application of semi-active systems to motion and vibration control has significantly grown during the last years, and it is becoming an economically viable option for several applications. Semi-active systems based on magneto-rheological (MR) fluids were applied to vibration control ranging from washing machines to suspended bridges, and also in vibration control of buildings under seismic tremors. Regarding the movement control, they have been used in gym apparati, human knee prosthesis and clutches. More specifically in the automotive industry, semi-active systems have been applied in suspension and anti-roll systems, and also in torque and traction control systems. This work treats this subject dividing it into two parts: the first one, presented in volume 1, deals with the design of semi-active actuators based on magneto-rheological fluids and dynamic modeling; and the second one, presented in volume 2, deals with the design of semi-active control for vehicular suspension systems. The control main objective is the performance improvement in comfort, safety and handling features of a vehicle. In the first part, the main contribution of this work is to fulfill a literature gap regarding a systematic procedure for design of magneto-rheological actuators and to find a better representation for the dynamic behavior regarding the control system development, which is done based on experimental data analysis. The second part of this work leaded with the development of a vehicular suspension system for utility vehicles (for SUVs, and mainly for light trucks), which need suspension systems able to face a great number of situations (road variation, load variation, etc.), and which present stability problems due to its high gravity center height. Important results of this work are: the development of a robust control strategy based on LQG/LTR techniques for non-strictly proper systems, the development of a dynamic model for light trucks and SUVs with seven degrees of freedom; the development of a robust control strategy based on the LQG/LTR synthesis, suit to work with semi-active actuators, and using sensors with costs compatible to the application. The proposed control system was able to improve the performance of comfort and safety, avoiding the loss of adherence between tires and the ground and other undesirable dynamic behaviors of these vehicles, that was verified experimentally and through computer simulations.