Controle de uma máquina de ensaio de materiais por fadiga acionada por um motor linear - Chaves, Alcidney Valério (UFRJ, 2014)
[PT] Dada as novas exigências da indústria por materiais que suportem atuar em ambientes cada vez mais agressivos, torna-se essencial o desenvolvimento de ferramentas que auxiliem na caracterização destes materiais, como as máquinas de ensaio de fadiga. Esta dissertação aborda a modelagem, simulação e controle de uma máquina de ensaio de fadiga acionada por motor linear. Após uma revisão bibliográfica sobre ensaios de fadiga e motores lineares, um simulador é desenvolvido com seus parâmetros obtidos a partir da literatura de controle e de manuais de fabricantes de motores lineares. A rigidez do corpo de prova varia no tempo devido a propagação da trinca ao longo do tempo. Baseado em dados experimentais, assume-se que o corpo de prova comporta-se como uma mola equivalente que varia lentamente no tempo. Propõe o uso de um controlador Gaussiano Linear Quadrático (LQG) com ação integral, como uma alternativa promissora para o controle de rastreamento de força de uma máquina de fadiga acionada por motor linear. Para atenuar os efeitos da variação da rigidez no desempenho do rastreamento, os ganhos do controlador são modificados ao longo do tempo como função do erro de rastreamento e de uma estimativa da rigidez obtida através de medidas de força/posição. Por meio de simulações numéricas, verifica-se que a lenta variação da rigidez assegura que o esquema proposto mantém a força dentro dos limites exigidos pelas normas que regem os ensaios de fadiga. Portanto é possível inferir a viabilidade da utilização destes motores como acionadores de máquinas de fadiga, tendo em vista a atual tendência do mercado que utiliza motores lineares.[EN] Given the changing demands of the industry for materials that support work in environments increasingly aggressive, it becomes essential to develop tools that assist in the characterization of these materials, such as fatigue testing machines. This dissertation addresses the modeling, simulation and control of a fatigue test machine driven by linear motor. After a literature review on fatigue tests and linear motors, a simulator is developed with parameters obtained from the control literature and manuals of linear motors manufacturers. The stiffness of the specimen is time varying due to the crack propagation. Based on experimental data, it is assumed that the specimen behaves as an equivalent spring which varies slowly in time. It is proposed the usage of a Linear Quadratic Gaussian controller (LQG) with integral action, as a promising alternative for the force tracking control of a fatigue machine driven by linear motor. In order to attenuate the effects of the time varying stiffness in the tracking performance, the controller gains are modified along time as a function of the tracking error and of a stiffness estimate obtained by using force/position measurements. Via numerical simulations, it appears that the slow variation of the stiffness ensures that the proposed scheme keeps the tracking force within the limits required by the standards of the fatigue tests. Therefore, it is possible to infer the feasibility of using these motors as actuators of fatigue test machines, in view of the current market trend which uses linear motors.