Os Sistemas de controle para mesas vibratórias

MODELAGEM DE SISTEMAS DINÂMICOS

ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO – 6° SEMESTRE

PROF. PAULO VILELA

NOME:	RA
Denis Perboni	9902008260

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Sistemas de controle para mesas vibratórias

Perboni, Denis

INTRODUÇÃO

        As mesas vibratórias são ferramentas cruciais para o estudo de desempenho de estruturas sob ações sísmicas. Estes dispositivos tornaram-se fundamentais para a engenharia sísmica e eles têm provado serem eficazes para estudar modelos dinâmicos estruturais complexos. Um dos aspectos mais importantes a se considerar é a implementação de uma mesa vibratória e o sistema de controle necessários para reproduzir com precisão terremotos.

        Desde a primeira metade do século XX começaram a ser desenvolvidas ferramentas para estudar os efeitos de terremotos, contudo, as primeiras mesas vibratórias com sistemas programáveis foram desenvolvidas somente no início da década de setenta. Atualmente, as mesas vibratórias podem simular terremotos com seis graus de liberdade sobre estruturas de tamanho real. Quanto à reprodução de sinais, uma mesa vibratória deve atender a dois aspectos principais: os requisitos dinâmicos do sistema e a precisão de controle dos movimentos que se deseja reproduzir.

        O sistema de controle é usado para comparar o valor medido (Aceleração, velocidade ou deslocamento medido) com uma entrada de referência (variável de controle), para produzir a entrada apropriada (Sinal de controle) ao sistema e, deste modo, reduzir o desvio ou erro ao menor valor possível.

O tipo de controle depende, em grande parte, da quantidade de graus de liberdade da mesa, do tipo de atuador que gera o movimento, dos registros que se deseja reproduzir e da precisão requerida.

EVOLUÇÃO E CARACTERÍSTICAS DAS MESAS VIBRATÓRIAS

        Entre 1890-1950, foram desenvolvidas e implementadas um grande número de mesas vibratórias, a partir da necessidade da indústria em estudar e resolver problemas em estruturas sujeitas a efeitos sísmicos.

As primeiras mesas vibratórias geravam esse movimento manualmente através de uma roda com manivela e uma plataforma móvel sobre rodas, o que permitia um movimento harmônico com um grau de liberdade. Com a finalidade de estudar o terremoto que ocorreu na Califórnia em 1906, este mecanismo foi substituído por um pequeno motor elétrico.

Em 1930, nasceu uma nova geração de mesas vibratórias com a proposta de Jacobsen, em que o movimento é gerado a partir de um pêndulo onde os impactos sofridos pela plataforma de molas, produzem primeiro um grande pico de aceleração seguido por diferentes acelerações e frequências na plataforma. Com este modelo foram realizados diferentes avanços no estudo de solos e fundações.

Após o terremoto de Long Beach (1933) surgiu uma nova geração de mesas vibratórias com atuadores hidráulicos para gerar movimentos, e também foram implementados dois grandes avanços: a utilização de um sinal gravado durante um terremoto real e uma primeira tentativa de controlar o deslocamento de um circuito fechado a fim de minimizar o erro.

        A era das mesas vibratórias modernas começa a partir de 1972, atualmente os progressos realizados pelos Estados Unidos e Japão permitem simular o comportamento não-linear de estruturas com até 6 graus de liberdade e em escala real.

A Figura 1 mostra o esquema geral de uma mesa vibratória. Os parâmetros M1, M2 ... Mn representam os graus de liberdade do corpo de prova. Uma mesa de vibração é composta por suportes que podem ser: rolamentos lineares, um ou mais atuadores com seu respectivo sistema de sensores e de potência e um controlador. Dependendo do tipo de atuador, uma mesa vibratória pode ser categorizada como hidráulica, pneumática, servo-mecânica, entre outros.

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Figura 1: Esquema geral de uma mesa vibratória

        Em alguns testes é necessário adicionar uma quantidade de massa extra para atender aos requisitos de similaridade dinâmica da amostra de ensaio, e, portanto, você pode adicionar dispositivos de massa para cumprir esta função, sem alterar a semelhança dinâmica.

        Para o desenvolvimento de mesas vibratórias com seis graus de liberdade é possível usar diferentes configurações. Uma configuração comum é a plataforma Stewart, que consiste em seis atuadores que permitem tanto deslocamento e rotação da plataforma. No entanto, um problema característico da plataforma Stewart na simulação de terremotos é que as rotações possuem menor importância do que os deslocamentos, assim esta configuração não é a mais adequada para reproduzir sinais