Orientador: Juan Francisco Camino

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo:
Esta dissertação apresenta a aplicação de técnicas de identificação paramétricas e não paramétricas para obter o modelo linear invariante no tempo de uma bancada de vibração torcional eletromecânica. A bancada é composta por um servomotor e um disco acoplado ao eixo do motor, além de dois...

Resumo:
Esta dissertação apresenta a aplicação de técnicas de identificação paramétricas e não paramétricas para obter o modelo linear invariante no tempo de uma bancada de vibração torcional eletromecânica. A bancada é composta por um servomotor e um disco acoplado ao eixo do motor, além de dois freios eletromagnéticos alocados no disco. A bancada representa múltiplos sistemas giratórios usados na indústria, como, por exemplo, os eixos giratórios em tornos com controle numérico computadorizados. A bancada se encontra no Laboratório de Controle e Identificação da Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP. Com essa bancada se realizam pesquisas na área de controle e identificação, sendo assim necessário ter um modelo validado experimentalmente. O processo de obtenção do modelo divide-se em três etapas: [Etapa1] Revisão dos aspectos conceituais de identificação, configuração física da bancada, análise de ruído e tratamento dos sinais e análise preliminar das faixas de operação da bancada. [Etapa 2] Aplicação dos métodos de identificação estudados anteriormente, com detalhes técnicos do processo de identificação. Na identificação da bancada de vibração torcional são propostos dois modelos para o acoplamento: (i) corpo com rigidez infinita (rígido) e (ii) corpo com uma rigidez finita (flexível). Para o modelo cujo o acoplamento é rígido, se propõe uma função de transferência de primeira ordem e para o caso do acoplamento flexível, se propõe uma função de transferência de terceira ordem. Para as duas hipóteses, modelos de primeira e terceira ordem são obtidos usando-se os métodos de identificação ARX, OE , N4SID e PEM. Os modelos identificados são comparados com a estimação da FRF obtida experimentalmente. Também é comparada a resposta temporal dos modelos identificados com os dados experimentais. Dessas identificações, um modelo inicial é escolhido. Do modelo inicial são obtidos os parâmetros iniciais a serem usados na identificação paramétrica de caixa cinza. Identificação na qual são obtidos os parâmetros dos modelos. Os modelos, são identificados para cinco condições de operação diferentes. Esses cinco modelos lineares invariantes no tempo (LTI) são denominados modelos locais. Cabe salientar que cada condição de operação, depende da variação do amortecimento do disco na bancada. O amortecimento depende da corrente aplicada nos freios eletromagnéticos. [Etapa 3] Processo de validação experimental dos modelos obtidos. A validação é feita apresentando um processo recursivo. Tendo como critério de validação o melhor ajuste de curva dado pelo menor erro. Como resultado da aplicação das etapas e processos contidos neste trabalho, se obtém um modelo validado experimentalmente para o caso em que o acoplamento possui rigidez infinita. Da mesma maneira é obtido o modelo validado experimentalmente para o caso em que o acoplamento possui uma rigidez finita

Abstract: This dissertation presents an application of parametric and nonparametric identification techniques to obtain a linear model of a electro-mechanical torsional vibration bench. The torsional vibration bench consist of a servomotor with a disk attached to the motor's shaft. The torsional...

Abstract: This dissertation presents an application of parametric and nonparametric identification techniques to obtain a linear model of a electro-mechanical torsional vibration bench. The torsional vibration bench consist of a servomotor with a disk attached to the motor's shaft. The torsional vibration bench can represents multiple systems used in the industry, as the rotating shafts in machines, for example, computerized numerical control machines. The torsional vibration bench is located in the School of Mechanical Engineering, UNICAMP. This torsional vibration bench is used for research in control and identification. Thus, it is necessary to have a validated experimental model of the torsional vibration bench. The process to obtain a model is divide in three step: [Step 1] is a preliminary part that contains: identification concepts, the torsional vibration bench configuration, analysis of noise and signal¿s processing, and analysis of a rank of frequency's work and excitation's torque, for the torsional vibration bench. [Step 2] is the application of the identification methods studied in step 1, giving the technical details of the identification process. The following hypothesis are used for the coupling: (i) the coupling is a body with infinite stiffness; (ii) the coupling is a body with finite stiffness. For five operating conditions, linear time invariant models are obtained, which are called local models. It should be noted that each operating condition depends on the variation of the damping of the disk on the bench. The damping depends on the fixed current in the electromagnetic brakes. A first-order transfer function is proposed for the system with rigid coupling and a third-order transfer function is proposed for the model with flexible coupling. The models identified using ARX, OE, N4SID, and PEM techniques are compared with the estimation of the FRF. The temporal response of the models identified are compared with the experimental data. [Step 3] Is the experimental validation process used to validate the local models. As a result of applying the steps and processes contained in this work, a model is validated experimentally for the case in which the coupling has infinite stiffness. Likewise, one validated model is obtained for the system in which the coupling has finite stiffness. In the parametric identification case a set of validated models are identified experimentally using time domain methods