Controle da suspensão eletromagnética do protótipo de um veículo. - Bittar, Anselmo (1998)
Recentemente, diversos sistemas de transporte levitados magneticamente têm sido construídos, testados e constantemente melhorados. Várias tecnologias para o sistema de levitação magnética estão também sendo desenvolvidas e algumas delas empregam eletroímãs para a levitação do veículo. Neste trabalho, um protótipo de veículo levitado magneticamente com quatro eletroímas e quatro sensores indutivos de entre ferro, todos localizados nos cantos do protótipo, é estudado. A levitação do veículo é realizada através do controle dos entre ferros destes eletroímãs. O protótipo construído terá sistemas de levitação e propulsão independentes; este trabalho considera somente o sistema de levitação magnética. O sistema resultante é instável em malha aberta e altamente não-linear com uma região de equilíbrio muito restrita. Basicamente, três diferentes abordagens são consideradas para o controle do sistema de levitação eletromagnética: a primeira considera o veículo como sendo composto por quatro sistemas SISO desacoplados, a segunda considera o sistema como sendo multivariável e na última, o veículo é levitado através de uma distribuição ótima de forças. Na abordagem SISO em particular, três diferentes técnicas de controle são empregadas para estabilizar o sistema de levitação eletromagnética: clássica, \'H IND.2\' e \'H IND.INFINITO\'.Inicialmente, um controlador clássico SISO com característica de avanço-atraso de fase é sintonizado em cada par desensor-atuador para estabilizar o sistema de malha fechada. A seguir, experimentos de identificação em malha fechada e um modelo analítico SISO são apresentados. Baseados neste modelo analítico, controladores \'H IND.2\'e \'H IND.INFINITO\' são projetados e implementados. A ênfase neste caso está relacionada a procedimentos de projeto de controladores \'H IND.2\' e \'H IND.INFINITO\' aplicados ao sistema de levitação eletromagnética. Para os projetos destes controladores, ) uma escolha especial para as funções peso é empregada para atenuar um pico de ressonância em baixas frequências no sistema de malha fechada. Os resultados mostram que as respostas do sistema em malha fechada com os controladores \'H IND.2\' e \'H IND.INFINITO\' são muito similares mas com melhor desempenho que a resposta obtida com o controlador da teoria clássica. Na abordagem MIMO, um procedimento de identificação experimental do sistema de malha aberta instável é apresentado. O modelo experimental é também comparado ao respectivo modelo analítico. Um controlador MIMO, baseado no modelo analítico do veículo, é projetado no contexto LQG. A barreira de desempenho para este projeto foi baseada em simulações para um sistema SISO similar. Embora concebido no contexto MIMO, o controlador final resultou perto de um conjunto de controladores SISO descentralizados. Na última abordagem, a levitação do veículo é realizada através do controle de \"heave\", \"roll\" e \"pitch\".Para descrever as dinâmicas do sistema, um modelo de corpo rígido de três graus de liberdade é desenvolvido. Uma situação, onde o número de atuadores é maior que o número de variáveis de controle, é assim caracterizada. Uma política de comando de atuadores gerauma distribuição ótima de forças para os atuadores para produzir a força e os momentos requeridos pelos controladores de \"heave\", \"roll\" e \"pitch\". Um processamento de medida é feito sobre os sinais dos sensores de entre ferro para gerar estimativas de \"heave\", \"roll\" e \"pitch\". No final deste trabalho, os principais resultados de controle são comparadas e discutidos. Importante conclusões e sugestões para pesquisas futuras são expostas no último capítulo.