The use of Adaptive Fuzzy Controllers, implemented in microcontrollers, to control vibrations in mechanical systems

This work deals with the active control of vibrations in dynamic systems. This area of mechanical engineering is one in which the technological progress represented by the development of new materials, new sensors and actuators and new control technologies open interesting and challenging possibilities. In the control area, the heuristic formulation and the short development cycle has been promoting significant progress to fuzzy control technology. These controllers do not need mathematical models of the involved systems to operate. A classic fuzzy controller project demands a priori, the knowledge of an expert about the system behavior. In the attempt to overcome this demand, in the last years, adaptive fuzzy controllers were developed. A review of such controllers as well as a new adaptation mechanism that modifies the fuzzy controller gains are presented in this work. The nature of this mechanism is fuzzy and it operates on line and in parallel whit the fuzzy controller. Another reason for the experienced success of fuzzy controllers is the easiness of implementation of this technology in microcontrollers of low cost. A brief review about microcontrollers is presented. In order to evaluate experimentally the proposed control methodology and in the perspective of accumulating experience in the use of piezoelectric materials as actuators/sensors, as well as the microcontrollers employment, this work presents and discusses two applications of vibration control: the first one involves a vibratory system controlled by electromagnetic actuators and, the second is a flexible beam in which accelerometers are used as motion sensors and electromagnetic actuators are used for control purposes. Finally, a discussion of the obtained experimental results is presented and the control methodology proposed is evaluated. Some future developments using the techniques presented are promoted to conclude the present contributionDissertação (Mestrado)Este trabalho trata do controle ativo de vibrações em sistemas dinâmicos utilizando a tecnologia fuzzy de controle implementado em microcontroladores. Esta é uma das áreas na engenharia mecânica em que o avanço tecnológico representado pelo desenvolvimento de novos materiais, novos sensores e atuadores, novas tecnologias de controle, proporcionam, a todo instante, novas possibilidades. Na área de controle, por exemplo, a formulação heurística e o curto ciclo de desenvolvimento tem propiciado à tecnologia fuzzy de controle avanços significativos. A despeito de dispensarem modelos matemáticos precisos dos sistemas envolvidos, o projeto de um controlador fuzzy clássico exige o conhecimento a priori de um especialista sobre o comportamento do sistema que se deseja controlar. Para tentar contornar esta exigência surgiram nos últimos anos os controladores fuzzy adaptativos. Uma revisão sobre tais controladores é aqui apresentada, assim como é proposto um novo mecanismo de adaptação que modifica os ganhos dos sinais de entrada do controlador fuzzy tradicional. Este mecanismo é de natureza fuzzy, opera on line e em paralelo com o controlador fuzzy. Uma outra razão para o sucesso experimentado pelos controladores fuzzy se deve à facilidade de implementação desta tecnologia em microcontroladores de baixo custo. Uma breve revisão sobre microcontroladores é também aqui apresentada. Tendo em vista avaliar experimentalmente a metodologia de controle proposta e na perspectiva de acumular experiências no uso de materiais piezoelétricos como atuadores/sensores, assim como no emprego de microcontroladores, este trabalho apresenta e discute dois experimentos de controle de vibrações: o primeiro envolve uma mesa vibratória acionada por atuadores eletromagnéticos e o segundo uma viga flexível instrumentada por acelerômetros e comandada por atuadores piezoelétricos. O trabalho termina apresentando uma discussão dos resultados experimentais obtidos, faz uma avaliação da metodologia de controle proposta e sugere alguns desdobramentos para o futur