Mancais magnéticos ativos para atenuação de vibrações em eixos rotativos

Resumo

Neste projeto de pesquisa será desenvolvida uma análise teórica e experimental do desempenho de um sistema de controle ativo utilizando mancais magnéticos como atuadores de não-contato para a atenuação de vibrações em rotores. A meta principal do trabalho é proceder a uma análise do desempenho do atuador magnético em função da força de controle e da corrente elétrica necessária para atenuar as vibrações de um rotor a níveis pré-estabelecidos ou desejáveis. A proposta atual é continuidade de um projeto de iniciação científica de dois anos pela FAPESP empregando um modelo simples desenvolvido pelo método da matriz de impedância. Assim, a análise do desempenho do sistema de controle se limitou à redução de excitações síncronas e sub-síncronas e, devido ao método de modelagem empregado, a análise ficou basicamente restrita no domínio da freqüência. Já no segundo ano do trabalho de iniciação científica o rotor foi modelado através do método dos elementos finitos e, a equação de movimento representada no espaço de estados. Assim, foi possível introduzir o efeito giroscópio e as respostas vibratórias do rotor sem controle e com controle ativo foram analisadas no domínio do tempo, possibilitando a análise do desempenho do atuador para controlar outros tipos de excitações, além das excitações síncronas e sub-síncronas, tais como excitações transientes, impactos e ruídos. O tipo de controlador empregado anteriormente foi do tipo PID (Proporcional, Integral e Derivativo), e os parâmetros do controlador foram estimados a fim de se obter as características dinâmicas desejadas. Neste trabalho, será dada continuidade aos estudos anteriores através de técnicas robustas de controle, de localização ótima dos atuadores e da verificação experimental. Para um rotor complexo, com vários elementos e não linearidades, pode ser necessário a utilização de mais de um mancal magnético. Nestes casos se torna necessário a utilização de técnicas de posicionamento dos atuadores. O posicionamento ótimo do atuador será analisado com base nas normas H2 e H para os principais modos de vibrar. Um sistema de controle ótimo do tipo LQR (Regulador Quadrático Linear) será utilizado para atenuar as vibrações. A bancada experimental será construída com um rotor suportado por dois mancais convencionais. A metodologia será validada através de comparações dos resultados analíticos e experimentais.