Otimização dos chaveamentos entre válvulas on/off em atuadores hidráulicos digitais

Abstract

A dissertação apresenta uma solução para otimização dos chavea-mentos entre válvulas on/off em sistemas hidráulicos digitais que empre-gam o controle secundário com um cilindro multi-câmaras. No pionei-rismo, o Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos ? LASHIP, em uma parceria acadêmica industrial internacional com a Divisão de Sis-temas Fluidos e Mecatrônicos ? FLUMES e a empresa Saab AB, desen-volveu uma concepção de acionamento de superfícies de voo para aero-naves, denominada Atuador Hidráulico Digital ? DHA. O DHA provou ser energicamente mais eficiente que os sistemas de atuação empregados atualmente, porém, fatores relacionados a problemas intrínsecos da hi-dráulica digital foram apontados como passíveis de melhorias. Nessa li-nha, ruídos relacionados com trocas de pressão, suavidade de movimento e sincronismo de chaveamentos são aspectos que necessitam ser investi-gados. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo relacionar desem-penho do sistema com eficiência energética, para otimizar os chaveamen-tos entre válvulas on/off. As válvulas utilizadas para as trocas de pressão no DHA têm a resposta dinâmica na abertura diferente à do fechamento e estas dinâmicas também diferem entre válvulas de mesma marca e mo-delo. Isto pode gerar perdas energéticas, cavitação ou picos de pressão. No primeiro caso, pela conexão temporária entre duas fontes de supri-mento de pressão e nos outros, pelo confinamento do fluido nas câmaras. Em vista destas questões, foi desenvolvido um método de aplicação offline para sincronizar os chaveamentos, via a adequada definição do atraso de tempo para o sinal de abertura das válvulas. A elaboração do método utilizou um modelo matemático validado. Este modelo também foi utilizado para realizar análises de abrangência no método, por varia-ções paramétricas. No modelo matemático do DHA, as válvulas on/off foram parametrizadas com dinâmicas diferentes. Posteriormente, foram criados mecanismos de incorporação do método ao sistema completo e subsequentemente foi aplicado o valor de atraso de tempo de sincroniza-ção em cada chaveamento. Em desfecho, foram simuladas variações no atraso de tempo de sincronização, positivas e negativas, e ao relacionar estas com desempenho e eficiência energética foi definido um atraso de tempo para otimização de cada chaveamentos entre válvulas on/off do DHA.

Abstract: This master?s thesis presents a solution to the optimization of the switching between on/off valves in digital hydraulic systems that employ the secondary control with a multi-chamber cylinder. As a pioneer, the Laboratory of Hydraulic and Pneumatic Systems ? LASHIP, in an aca-demic-industrial partnership with the Fluid and Mechatronic Systems ? FLUMES and the Saab AB company, developed a drive conception for flight control surfaces in aircraft, called Digital Hydraulic Actuator ? DHA. The DHA proved to be energetically more efficient than the current systems; however, issues linked to intrinsic problems of the digital hy-draulics were quoted as eligible for improvements. Therefore, pressure noise, smoothness of motion and switching synchronism are aspects that need to be further investigated. In this context, this work aims to relate the performance and energy efficiency for optimization of switching be-tween the on/off valves. The valves used in the shifting of pressure in the DHA have a response dynamics which is different in opening than it is in closing, and these responses also vary among valves. A validated mathe-matical model was used in the preparation of the method. This model was also used to carry out analyses of comprehensiveness in the method by parametric variation. In the DHA model, the on/off valves were para-metrized with different dynamic responses. After that, mechanisms were created to apply the method in the entire system and subsequently the synchronism time delay value was applied in each switching. Finally, a variation in the synchronism time delay was simulated, with positive and negative values. When relating these variations with performance and en-ergy efficiency, a time delay was established for the optimization of each switching between the on/off valves of the DHA.