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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37729
Document type: | Tese |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Projeto e desenvolvimento de mancais magnéticos ativos de baixo custo |
Alternate title (s): | Design and development of low cost active magnetic bearings |
Author: | Mancuzo, Mechelangelo Viana |
First Advisor: | Cavallini Junior, Aldemir Aparecido |
First member of the Committee: | Daniel, Gregory Bregion |
Second member of the Committee: | Neto, Roberto Mendes Finzi |
Third member of the Committee: | Nicoletti, Rodrigo |
Fourth member of the Committee: | Guimarães, Thiago Augusto Machado |
Summary: | Neste trabalho estão apresentados os dados de projeto e os resultados experimentais de um protótipo funcional de uma máquina rotativa suportada por MMA(Mancais Magnéticos Ativos) cujo sistema digital de aquisição de dados e controle, bem como o módulo controlador de corrente foram inteiramente desenvolvidos no âmbito do trabalho a partir de um microcontrolador com funções DSP e de componentes eletroeletrônicos de baixo custo. A partir de estudos acerca da dinâmica de rotores, MMAs e sobre a engenharia de controle, foi aperfeiçoado um programa computacional para o projeto simplificado de MMAs. Na sequência, foi realizada a caracterização de componentes eletrônicos que apresentavam potencial de aplicação no desenvolvimento e integração dos submódulos do sistema eletroeletrônico de controle do protótipo. Em seguida foi executado o projeto mecânico do protótipo com fins de obtenção do modelo tridimensional a partir do qual foram gerados os desenhos de fabricação e a realização das análises rotodinâmicas. No passo seguinte, iniciou-se o projeto eletroeletrônico do submódulo de processamento analógico de sinal do módulo controlador de corrente. Foi necessário desenvolver ainda um submódulo DAC-SPI (hardware e firmware) em função da limitação do número de saídas DAC disponíveis no microcontrolador-DSP. De posse de todos os componentes fabricados/adquiridos, iniciou-se a integração das partes mecânicas, e do módulo de controle eletroeletrônico do protótipo. Uma vez funcional, iniciaram-se os testes experimentais de controle do protótipo a partir dos parâmetros de PID simulados através de modelo numérico/computacional em ambiente MATLAB®/Simulink. Além dos resultados gráficos apresentados, vídeos foram gravados, e em um deles, quando o protótipo operava em 1200 RPM, o sistema de controle foi desligado, sendo observada elevada rumorosidade devido aos impactos da bucha do eixo na bucha do mancal limitador de segurança. Religado o controle a máquina volta a operar sem rumorosidade. Embora caibam melhorias no protótipo testado, os resultados obtidos são animadores e pode-se dizer que o propósito de se projetar e construir um protótipo funcional de uma máquina rotativa suportada por MMA, a partir de submódulos eletroeletrônicos de baixo custo, sem uso de analisadores digitais de sinais/hardwares de controle de alto custo, foi atingido, e constitui a principal contribuição do trabalho. |
Abstract: | This work presents design and experimental data results of a functional rotating machine prototype supported by AMB (Active Magnetic Bearing), whose digital data acquisition and control system was integrally designed using a DSP-microcontroller and other low-cost electronics components. From studies on rotodynamic, AMBs and on control engineering, a computer program for the simplified design of AMBs was improved. Subsequently, the characterization of electronic components with the potential of application in the development and integration of the submodules of the control electronic system was carried out. Then, the three-dimensional mechanical design was executed to get the manufacturing plans and to allow the rotodynamic analysis. In the next step, it was started the design of the analog power controller signal processing sub-module, being necessary to develop a DAC-SPI submodule (hardware and firmware) due to the limitation of the number of DAC outputs available on the DSP-microcontroller. With all the manufactured/acquired mechanical and electronic components in hand, the integration of the mechanical parts and the electronic control module, began. Once functional, experimental control tests of the prototype began from the PID parameters simulated through a numerical/computational model in a MATLAB®/Simulink environment. In addition to the results presented in this work, videos were recorded, and in one of them, with the prototype operating at 1200 RPM, the control system was turned off, being observed high rumors due to the impacts of the shaft bushing of the safety limiting bearing. After restarting the control system, the machine resumes operation without any rumors. Although improvements could be done in the prototype tested, the results obtained are encouraging and it is possible to say that the objective of to design and built a functional rotating machine supported by AMB from low cost electronic submodules, and without using high cost hardware like DSA and controllers, was achieved, and constitutes the main contribution of this work. |
Keywords: | MMA-Mancais Magnéticos Ativos Controle Digital Projeto de Baixo Custo PID AMB-Active Magnetic Bearing Low-Cost Design PID Digital Control |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::CONTROLE DE PROCESSOS ELETRONICOS, RETROALIMENTACAO |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica |
Quote: | Mancuzo, Mechelangelo Viana. Projeto e Desenvolvimento de Mancais Magnéticos Ativos de Baixo Custo. 2022. 136 f., Tese ( Doutorado em Engenharia Mecânica), Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia-MG, Brasil. Tese(Tese em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.430 |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.430 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37729 |
Date of defense: | 27-Jul-2022 |
Appears in Collections: | TESE - Engenharia Mecânica |
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