Estudo e desenvolvimento da estratégia de controle de um gerador elétrico acionado por motor a pistão livre

Melo, Gabriel Antônio Martins Pereira de

Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/30251

Document type:	Dissertação
Access type:	Acesso Aberto
Title:	Estudo e desenvolvimento da estratégia de controle de um gerador elétrico acionado por motor a pistão livre
Alternate title (s):	Study and development of the control strategy of an electric generator driven by a free piston engine
Author:	Melo, Gabriel Antônio Martins Pereira de
First Advisor:	Santos, Marcelo Braga dos
First coorientator:	Carvalho, Daniel Pereira de
First member of the Committee:	Carvalho, Solidônio Rodrigues de
Second member of the Committee:	Cunha Júnior, Sebastião Simões da
Summary:	A utilização de fontes de energia alternativas é uma preocupação constante da sociedade e da comunidade científica mundial. No cenário nacional, os crescentes estudos a respeito do tema possuem como objetivo não somente o aumento da disponibilidade de energia elétrica no país, como também o aumento da segurança energética brasileira. Neste âmbito, a tecnologia dos geradores lineares acionados por motor a pistão livre tem se mostrado promissora. No âmbito dos projetos de pesquisa sobre geradores lineares se faz necessária a evolução dos trabalhos através do projeto do sistema de controle de movimento, em malha fechada, do componente móvel linor, que pode ser compreendido como a planificação do rotor nos motores rotativos. A estratégia de controle desenvolvida visou maximizar a eficiência do conjunto, tornando o funcionamento da máquina mais estável e tolerante frente a variações de até 12,5% na força de combustão imposta pela queima dos gases utilizados como combustível. Foram projetadas técnicas e estratégias de controle baseadas no posicionamento do linor, que definiram seu máximo deslocamento a partir da variação da corrente induzida nas bobinas do gerador. Foi estudada a técnica de controle semiativo baseada em PID e suas variações, na qual a força de controle não atua diretamente sobre a perturbação e pela qual foi demonstrada a efetividade do controle via alteração da carga elétrica associada ao gerador. Além disso foram estudadas as técnicas de controle baseadas no chaveamento de semicondutores de potência, que também atuaram na alteração da carga elétrica. A ação destes semicondutores foi explorada nas topologias de conversão DC-DC, modelos buck e boost. O controle do movimento do linor realizado a partir da alteração da carga elétrica associada ao gerador demonstrou maior confiabilidade e estabilidade quando aplicado o conversor DC-DC modelo boost. Todas as técnicas de controle acima mencionadas foram avaliadas segundo a precisão no controle das variáveis de estado, o esforço de controle e a robustez frente ao caráter não uniforme da força de excitação. Do ponto de vista científico, conforme já citado, o controle de movimento do linor dos geradores elétricos lineares ainda demanda grandes estudos que sejam capazes de superar os desafios tecnológicos encontrados. Esta demanda permite estimar que a contribuição da dissertação será útil à área.
Abstract:	The use of alternative energy sources is a important aim of the society and its scientific community. In the national scenario, the growing studies on this subject have as objective not only increasing the availability of electricity in the country, but also increase of Brazilian energy security. In this context, the technology of linear generators driven by free piston engine emerges as a viable solution. Within the scope of a great research project on linear generators, it is necessary the design of the closed loop movement control system of the linor, which could be comprehended as the planification of the rotor speed on rotative engines. The developed control strategy aimed to maximize the efficiency of the assembly, making the operation of the machine more stable and tolerant to variations up to 12,5% in the combustion force imposed by the burning of the gases used as fuel. Techniques and control strategies based on linor position were designed, which defines its maximum displacement controlling the variation of the current induced in the generator coils. The semi-active control technique based on PID and its variations was studied, in which the force of control does not actuate directly over the disturbance and by which the effectiveness of the control was demonstrated via the changing of the electrical charge associated with the generator. Besides, the techniques based on the switching of power semiconductors were studied, which also acted changing the electrical charge perceived by the generator. The action of these semiconductors was explored in the DC-DC conversion topologies, buck and boost models. The control of the linor movement made from the changing of the electrical charge associated with the generator demonstrated greater reliability and stability when the DC-DC converter boost model was applied. All the studied control techniques were evaluated according to the accuracy in the control of the state variables, the control effort and the robustness face to the non-uniform characteristic of the excitation force. From the scientific point of view, as already mentioned, the use of linear generators still requiring studies, capable to overcome the technological challenges encountered.
Keywords:	Motor Linear Linear Engine Moto-Gerador a Pistão Livre Free Piston Engine Generator Controle Semiativo Semi-active Control Conversores DC-DC DC-DC Converters Algoritmo P&O. P&O Algorithm.
Area (s) of CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::CONTROLE DE SISTEMAS MECANICOS
Subject:	Energia - Fontes alternativas
Language:	por
Country:	Brasil
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Program:	Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote:	MELO, Gabriel Antônio Martins Pereira de. Estudo e desenvolvimento da estratégia de controle de um gerador elétrico acionado por motor a pistão livre. 2020. 88 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.608
Document identifier:	http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.608
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/30251
Date of defense:	28-Sep-2020
Appears in Collections:	DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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