Controle ativo de vibrações em máquinas-ferramentas

Abstract

Máquinas-ferramenta podem executar um processo de usinagem instável quando modos de vibração da estrutura da máquina são excitados pelas próprias forças de processo, situação que leva a níveis de vibração que causam marcas na superfície da peça trabalhada e da ferramenta. Este trabalho apresenta a aplicação do controle ativo de vibrações com o objetivo de adicionar amortecimento aos modos de vibração de uma retificadora e torná-la menos suscetível a um processo de usinagem instável. A modelagem é feita a partir de modelos obtidos experimentalmente através de algoritmos de identificação de sistemas lineares. A natureza multivariável do problema motiva a utilização de modelos no espaço de estados, e, especificamente, é proposta a aplicação de realizações modais de maneira a trazer um significado físico/estrutural aos modelos. Este tipo de realização modal também permite um tratamento direto da controlabilidade e observabilidade de cada modo de vibração a partir de cada atuador e sensor, respectivamente. O controle aplicado é do tipo realimentado, no qual o sinal de realimentação é obtido através de acelerômetros montados na máquina e é utilizado para definir o comportamento de atuadores piezo-elétricos de forma a causar forças reativas às vibrações medidas. Para o projeto de controladores é proposto o projeto de um controlador LQG em sua versão balanceada, que apresenta vantagens em relação a outras abordagens implementadas em um ambiente ruidoso para um problema de dinâmica multivariável e com forte acoplamento entre entradas e saídas. Os resultados da identificação, modelagem e projeto de controladores são validados em processo através da adição de amortecimento aos modos de vibração e consequente diminuição do tempo de acomodação da estrutura, de maneira que em malha fechada a estrutura da máquina seja menos sucetível a um processo instável. A execução deste trabalho permitiu o desenvolvimento de uma metodologia de projeto de controle ativo de vibrações de estruturas mecânicas onde a falta de amortecimento representa um inconveniente. De fato, na apresentação desta metologia fica evidente a natureza multidisciplinar do problema e todos os elementos envolvidos no desenvolvimento de um sistema de controle ativo.