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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Controle de força e rotação de uma unidade de reparo por atrito usando controlador PID e inteligência artificial
Other Titles: Force and rotational speed control of a friction hydro pillar processing machine using PID controller and artificial intelligence
metadata.dc.creator: Freitas, Dênis Soares de
metadata.dc.contributor.advisor1: Franco, Sinésio Domingues
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Franco, Vera Lucia Donizeti de Sousa
metadata.dc.contributor.referee1: Carvalho, João Carlos Mendes
metadata.dc.contributor.referee2: Marra, Enes Gonçalves
metadata.dc.description.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.
Keywords: 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
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: 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.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14949
Issue Date: 10-Mar-2014
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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