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Repositório Institucional da Produção Científica da Marinha do Brasil (RI-MB)

Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://hdl.handle.net/20.500.14867/848280
Título: Análise e implementação de estratégias de controle para mancais magnéticos em sistemas rotativo
Título(s) alternativo(s): Analysis and implementation of control strategies for magnetic bearings in rotating systems
Autor(es): Azevedo Jr., David de Oliveira
Orientador(es): Barreto, Gilmar
Palavras-chave: controle avançado
mancais magnéticos ativos
controle H infinito
Áreas de conhecimento da DGPM: Engenharia elétrica
Setor(es) da Marinha: Diretoria-Geral do Material da Marinha (DGMM)
Data do documento: 2026
Editor: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Descrição: Neste trabalho é apresentada a modelagem matemática de um sistema mancal-rotor e a implementação de três estratégias de controle avançado para o posicionamento dinâmico do eixo girante. O sistema é composto por dois mancais magnéticos ativos e um rotor rígido posicionado horizontalmente. A dinâmica dos mancais é descrita a partir das equações de Maxwell, enquanto o rotor é representado pelas equações de movimento de Newton-Euler. A partir da formulação desenvolvida, obtém-se o modelo não linear do conjunto e a representação linearizada expressa na forma de espaço de estados, a qual é utilizada para o projeto dos controladores. As estratégias adotadas são o controle ótimo LQG (Linear Quadratic Gaussian), o controle 𝐻∞ e o controle preditivo baseado em modelo MPC (Model Predictive Control). O desenvolvimento é realizado utilizando o software Matlab/Simulink®, ambiente em que são conduzidos os testes e a validação dos controladores através da aplicação ao modelo não linear do sistema. O desempenho de cada controlador é analisado com base em critérios quantitativos relacionados à resposta transitória e ao regime estacionário. Os resultados obtidos em diferentes cenários de simulação demonstraram a superioridade do MPC em testes de rastreamento de referência, nos quais apresentou os melhores tempos de resposta e índices integrais baseados no erro quadrático. Em contrapartida, os controles LQG e 𝐻∞ se destacaram nos testes de rejeição a perturbações, com o 𝐻∞ superando na média as outras estratégias em praticamente todos os critérios avaliados.
Abstract: In this work, the mathematical modeling of a rotor–bearing system and the implementation of three advanced control strategies for the dynamic positioning of the rotating shaft are presented. The system is composed of two active magnetic bearings and a rigid rotor positioned horizontally. The bearing dynamics are described based on Maxwell’s equations, while the rotor is represented by the Newton–Euler equations of motion. From the developed formulation, a nonlinear model of the assembly is obtained, as well as a linearized representation expressed in state-space form, which is used for controller design. The adopted strategies are LQG (Linear Quadratic Gaussian) optimal control, 𝐻∞ control, and MPC (Model Predictive Control). The development is carried out using the Matlab/Simulink® software, within which the tests and validation of the controllers are performed through their application to the nonlinear model of the system. The performance of each controller is analyzed based on quantitative criteria related to transient response and steady-state behavior. The results obtained under different simulation scenarios demonstrated the superiority of the MPC in reference-tracking tests, where it achieved the best response times and the lowest integral performance indices based on the squared error. In contrast, the LQG and 𝐻∞ controllers showed superior performance in disturbance rejection tests, with the 𝐻∞ controller outperforming the other strategies on average across nearly all evaluated criteria.
Tipo de Acesso: Acesso aberto
URI: https://hdl.handle.net/20.500.14867/848280
Tipo: Dissertação
Aparece nas coleções:Engenharia Naval: Coleção de Dissertações

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