Título: MODELAGEM DINÂMICA E CONTROLE ATIVO DE VIBRAÇÕES EM ESTRUTURAS FLEXÍVEIS UTILIZANDO O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

Título alternativo: Dynamic Modeling and Active Control of Vibrations in Flexible Structures Using the Finite Element Method

Autoria de: Lucas Henrique Bastos Oliveira

Orientação de: Henrique Leandro Silveira

Coorientação de: Belisario Nina Huallpa

Presidente da banca: Henrique Leandro Silveira

Primeiro membro da banca: Belisario Nina Huallpa

Segundo membro da banca: Wander Gustavo Rocha Vieira

Palavras-chaves: método dos elementos finitos, método de redução estática de Guyan, atuadores eletromagnéticos, controle PID, método de realimentação por relê

Data da defesa: 02/06/2021

Semestre letivo da defesa: 2020-2

Data da versão final: 10/06/2021

Data da publicação: 10/06/2021

Referência: Oliveira, L. H. B. MODELAGEM DINÂMICA E CONTROLE ATIVO DE VIBRAÇÕES EM ESTRUTURAS FLEXÍVEIS UTILIZANDO O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS. 2021. 117 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.

Resumo: Este trabalho trata da modelagem dinâmica e controle ativo de vibração de uma viga flexível na condição engastada-livre, submetida a diferentes tipos de excitação mecânica. O modelo de elementos finitos da viga foi desenvolvido e implementado em ambiente computacional MATLAB. O método de redução estática de Guyan foi utilizado para reduzir convenientemente a ordem do modelo, e assim, reduzir o custo computacional. O modelo dos atuadores eletromagnéticos foi construído e, posteriormente, foi realizado o acoplamento multifísico destes dois modelos no espaço de estados, constituindo o modelo eletromecânico do sistema. No projeto do controlador PID, a calibração foi realizada utilizando o método de realimentação por relê. O ganho crítico e o período crítico foram obtidos a partir deste método e os ganhos do controlador PID foram calculados utilizando cinco diferentes regras de calibração. O sistema de controle foi simulado considerando sete cenários distintos, envolvendo diferentes tipos de excitação. Cada cenário foi simulado utilizando as diferentes regras de calibração. Os deslocamentos do grau de liberdade no qual os atuadores foram acoplados e da extremidade livre da viga foram obtidos e reportados. As respostas controladas da viga, utilizando as diferentes regras de calibração, foram então comparadas entre si e com as respostas não controladas, mostrando a efetividade do controlador na atenuação da resposta do sistema. A regra Some Overshoot (SO-OV) foi a mais eficiente em todos os cenários, pois apresentou melhor desempenho em regime transiente em todos eles.

Abstract: This research deals with dynamic modeling and active control of vibration in a flexible cantilever beam, subjected to different types of mechanical excitation. The finite element model of the beam was developed and implemented in computational environment MATLAB. The Guyan static reduction method was used to reduce properly the model order, and so, reduce the computational cost. The model of eletromagnetic actuators was built and after the multiphysical coupling of these models was realized in the state space, constituting the eletromechanical model of the system. In the design of PID controller, the tuning was done using the relay feedback method. The critical gain and the critical period were obtained from this method and the gains of the PID controller were calculated using five different tuning rules. The control system was simulated considering seven distinct scenarios, involving different types of excitation. Each scenario was simulated using the different tuning rules. The displacements of the degree of freedom in which the actuators were coupled and of the free tip of the beam were obtained and reported. The controlled responses of the beam, using the different tuning rules, were then compared to each other and with the non-controlled responses, showing the controller effectiveness in response attenuation of the system. The rule Some Overshoot (SO-OV) was the most efficient in all scenarios, because it presented the best performance in transient regime in all of them.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_mecanica/20202201510644

URI alternaviva: repositorio.ufla.br/handle/1/47363

Curso: G032 - ENGENHARIA MECÂNICA (BACHARELADO)

Nome da editora: Universidade Federal de Lavras

Sigla da editora: UFLA

País da editora: Brasil

Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso

Nome da língua do conteúdo: Português

Código da língua do conteúdo: por

Licença de acesso: Acesso aberto

Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras

URI da licença: repositorio.ufla.br

Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br

Detentores dos direitos autorais: Lucas Henrique Bastos Oliveira e Universidade Federal de Lavras

Baixar arquivo