Publicação: Controle de força e rotação de uma unidade de reparo por atrito
usando controlador PID e inteligência artificial
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Autores
Orientador
Coorientador
Franco, Vera Lucia Donizeti de Sousa
Resumo
Esse trabalho apresenta o desenvolvimento de uma nova metodologia de controle de
força e rotação para um equipamento que realiza ensaios de reparo por atrito. O principal
desafio, neste caso, é a grande variação de torque que ocorre durante o processo de reparo,
que pode resultar em instabilidade e travamento do sistema de rotação impedindo a realização
completa do ensaio. O novo sistema de controle contou com a reestruturação elétrica e de
programação do equipamento. Além disso, foram utilizados controladores do tipo PID
(Proporcional, Integral e Derivativo) e RN (Rede Neural) para os controles de força e rotação,
respectivamente. Para a definição do controlador RN do sistema de rotação, foram testadas
várias estruturas, sendo que a que obteve o melhor desempenho foi a composta de um
neurônio com função de ativação do tipo linear. O ajuste dos controladores foi feito a partir de
um AG (Algoritmo Genético), utilizando modelos matemáticos obtidos a partir do processo
de identificação e, posteriormente, o próprio equipamento. O AG foi desenvolvido para
realizar o ajuste levando em consideração a integral do erro absoluto, o overshoot e o settling
time, avaliados a partir de uma metodologia que utiliza a lógica fuzzy. Foi desenvolvido
também um sistema antitravamento para reduzir as chances de travamento do sistema de
rotação durante os ensaios, além de ter sido aplicada uma metodologia de despressurização
rápida da linha hidráulica para reduzir os golpes de aríete que poderiam danificar o
equipamento. Por fim, foram realizados ensaios para comparar o desempenho do sistema de
controle anterior com o desenvolvido nesse trabalho e definir a nova faixa operacional do
equipamento. O sistema que foi desenvolvido apresentou um desempenho consideravelmente
melhor no controle de força e rotação e possibilitou que a nova faixa operacional do
equipamento passasse a ser quase dez vezes a anterior.
Abstract
This work presents the development of a new method for force and rotational speed
control of a machine that performs Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) tests. The main
challenge in this case is the large torque variation that occurs during the FHPP process that
may result in instability and a system stalling. In order to develop the new control system it
was necessary to restructure the electrical system and to reprogram the machine. Additionally,
PID (Proportional Integral and Derivative) and NN (Artificial Neural Network) controllers
were used to control the pin axial force and its rotational speed, respectively. To define the
rotational speed NN controller, various NN structures were tested, whereby the best
performance was obtained using a NN composed of one neuron with a linear activation
function. A GA (Genetic Algorithm) made the adjustment of the controllers using
mathematical models obtained from the system identification and FHPP machine itself. The
GA was developed to perform the tuning taking into account the integral time absolute error,
overshoot and settling time, which were evaluated from a methodology that uses the fuzzy
logic. An anti-stalling system was developed to reduce the probability of locking up the
rotation during the test and a methodology for rapid depressurization of the hydraulic system
was introduced to reduce the fluid hammer effect that could damage the machine. Finally,
FHPP tests were carried out to compare the performance of the new control system with the
previous one and to define the new operating range of the machine. The developed system
showed a considerably better performance in regard to the force and rotational speed control.
The new operational range of the FHPP machine was increased about ten times regarding the
previous one.
Palavras-chave
Reparo por atrito, Inteligência artificial, Algoritmos genéticos, Lógica
fuzzy, Redes neurais, Controladores PID, FHPP, Artificial intelligence, Genetic algorithms, Fuzzy logic, Artificial neural networks, PID controllers
Citação
FREITAS, Dênis Soares de. Force and rotational speed control of a friction hydro pillar
processing machine using PID controller and artificial intelligence. 2014. 192 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2014. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2014.205