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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Controle Modal de Rotores com Mancais Magnéticos - Projeto Robusto
metadata.dc.creator: Borges, Adriano Silva
metadata.dc.contributor.advisor1: Steffen Júnior, Valder
metadata.dc.contributor.referee1: Lima, Antônio Marcos Gonçalves de
metadata.dc.contributor.referee2: Sanches, Leonardo
metadata.dc.contributor.referee3: Nascimento, Luiz de Paula do
metadata.dc.contributor.referee4: Nicoletti, Rodrigo
metadata.dc.description.resumo: O presente trabalho é dedicado à Sistematização do Projeto Robusto de Sistemas de Controle Ativo Modal de Rotores Supercríticos suportados por Mancais Magnéticos. Com este objetivo, abordou-se de forma clara e detalhada todas as etapas envolvidas no projeto de um controlador robusto com base na técnica de atribuição de autoestrutura utilizando Múltiplos Modelos. Em primeiro lugar, construiu-se um modelo numérico/computacional em ambiente MATLAB/SIMULINK com base nas especificações fornecidas pelo fabricante da bancada de testes. Em seguida, este modelo passou por um processo de validação experimental, que resultou em um modelo representativo do comportamento dinâmico do sistema físico real. O passo seguinte foi a determinação das incertezas mais críticas para o sistema, que foram incorporadas ao modelo nominal através do emprego da Transformação Linear Fracionada (Linear Fractional Transformation - LFT). A primeira etapa da síntese do controlador propriamente dito foi a especificação dos requisitos de projeto. Isto posto, todo o processo de atribuição de autoestrutura com base na técnica de Multiplos Modelos é apresentado de forma completa, desde a análise para a determinação dos polos dominantes da planta até a avaliação da estabilidade e do desempenho do sistema com base no modelo, realizada com a finalidade de investigar a potencialidade da metodologia e de antecipar possíveis problemas. Deve-se mencionar que a estabilidade do sistema foi avaliada tanto sob o ponto de vista da norma ISO 14839-3 quanto através de uma análise dos valores singulares estruturados (análise μ). De maneira análoga, o desempenho do controlador foi avaliado a partir das suas Funções de Transferência em Malha Fechada e também sob o ponto de vista da sua reposta ao desbalanceamento, sendo esta conduzida de acordo com as diretrizes da norma API 684 e classificada com base nos critérios definidos na norma ISO 14839-2. Em seguida, procedeuse a avaliação experimental da margem de estabilidade e do desempenho do controlador que, em conformidade com as simulações, mostraram que seu projeto foi bem sucedido. Com base nestes resultados, pode-se afirmar que a principal contribuição deste trabalho foi a sistematização do Projeto Robusto de Sistemas de Controle Ativo Modal de Rotores Supercríticos suportados por Mancais Magnéticos. Adicionalmente, deve-se mencionar outras contribuições relevantes, a saber: desenvolvimento de modelos representativos de sistemas rotativos para aplicação em plantas com controle ativo, determinação e implementação de arquiteturas de controle ativo com real possibilidade de utilização na indústria, projeto e caracterização de controladores para mancais magnéticos com foco no controle modal. Finalmente, é importante destacar que, para todas as análises apresentadas, foram realizadas comparações entre os resultados obtidos para ambos os controladores estudados: o controlador modal e o controlador PI original do sistema rotativo.
Abstract: The present work is devoted to the development of a Systematic Approach for the Robust Design of an Active Modal Controller applied to Supercritical Rotors supported by Magnetic Bearings. For this purpose, all the steps involved in the design of a robust controller based on multimodel eigenstructure assignment technique were discussed from a complete and detailed point of view. The first step was the conception of a numeric/computer model in MATLAB/SIMULINK environment, based on the specifications provided by the test rig manufacturer. Following, this model was tested through an experimental validation process, resulting a mathematical model that represents closely the dynamic behavior of the actual physical system. Next, the most critical uncertainties of the system were incorporated into the nominal model by using the Linear Fractional Transformation (LFT) approach. The first stage of the controller synthesis process itself was the specification of all design requirements. Then, all the phases involved in the process of the multimodel eigenstructure assignment are addressed in detail, starting from the determination of the plant dominant poles until the model based analysis of the system stability and performance. In this way, the potential of the methodology proposed was investigated and possible design problems were anticipated. It should be highlighted that the system stability was assessed from two different viewpoints, namely the standard ISO 14839-3 and the structured singular values (μ-analysis). In the same way, the performance of the controller was evaluated through the analysis of its closed loop Transfer Functions and by investigating the unbalance response of the rotating system. The unbalance response was conducted according to the API 684 technical standard guidelines and the vibration severity was classified as based on ISO 14839-2 criteria. Therefore, both the stability margin and performance of the controller were experimentally assessed which, in accordance with the simulations, demonstrated that the controller design was successful. Based upon these results, it is possible to state that the main contribution of the presente work was the sistematization of the Robust Design of Active Modal Controller applied to Supercritical Rotors supported by Magnetic Bearings. In addition, anothers relevant contributions should also be highlighted, namely: development of representative models of rotating systems for application in active control plants, determination and implementation of active control architectures with real possibility of application in industry, design and characterization of controllers for active magnetic bearings with focus in modal control. Finally, it is worth mentioning that for all presented investigations, comparisons between the two architectures of the controller, namely: the modal controller and the PI controller were performed accordingly.
Keywords: Mancais magnéticos
Rotores flexíveis
Projeto robusto
Controle modal
Magnetic bearings
Flexible rotors
Robust design
Modal control
Mancais
Rotores
Vibrações mecânicas
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Citation: BORGES, Adriano Silva. Controle Modal de Rotores com Mancais Magnéticos - Projeto Robusto. 2016. 197 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14783
Issue Date: 5-Feb-2016
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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