E LEMENTOS C ONSTITUINTES DE UM S ISTEMA DE CONTROLO A TIVO

Existem vários tipos de sistema de controlo, ver Pacheco (1998), mas neste trabalho só se irá estudar os sistemas de controlo ativo. Antes de abordar o estudo de sistemas de controlo ativo de uma forma mais cuidada é importante referir os principais elementos de um sistema de controlo. O número de elementos pode variar consoante o sistema de controlo a aplicar, mas na teoria um sistema de controlo é constituído por quatro elementos principais: estrutura base, sensores, controladores e atuadores. Sendo assim, é importante realizar uma breve análise sobre estes elementos, que será efetuada em seguida.

▪ Estrutura base

A estrutura base corresponde à estrutura no seu estado mais convencional, isto é, inclui todos os elementos de estabilidade com carácter permanente na construção. O dimensionamento de estruturas pode ser feito pelo processo tradicional ou em função dos sistemas de controlo, de acordo com a sua influência no comportamento estrutural. Se o dimensionamento da estrutura for influenciado por um sistema de controlo ativo, e esse mesmo sistema atua sobre as cargas aplicadas à estrutura, como os defletores aerodinâmicos de geometria variável ou amortecedores de massas ativas AMD, o dimensionamento pode ser efetuado segundo o processo tradicional, sendo que, as ações sofrem uma redução concordante com efeito que o sistema de controlo provocará. Noutro sentido, se o sistema de controlo ativo atuar sobre o estado de tensão dos elementos, tais como, sistemas de rigidez variável AVS ou sistemas de cabos ativos ATS, o dimensionamento pode ser feito utilizando um cálculo integrado iterativo, onde devem ser consideradas as envolventes das ações ao longo do tempo. Como os sistemas de controlo ativo têm vindo a ser aplicados unicamente para o controlo de vibrações em estruturas expostas a ações dinâmicas, o dimensionamento da estrutura base torna-se um processo independente do dimensionamento do sistema de controlo ativo[15].

Neste tipo de dimensionamento, torna-se muito importante que o modelo de cálculo se aproxime da realidade, de forma a assegurar que o sistema de controlo tenha a máxima eficiência e não atue de forma desfavorável.

▪ Sensores

Os sensores são dispositivos com capacidade para ler a resposta da estrutura base, normalmente são instalados na mesma, o que permite obter uma caracterização do estado estático e dinâmico da estrutura. Sendo que, a eficiência depende fortemente da estratégia usada e da localização dos sensores na estrutura, por esta razão, numa fase de projeto é muito relevante dar uma especial atenção a estes fatores. Os sensores usualmente utilizados nos sistemas de controlo são os extensómetros e acelerómetros, tendo estes uma precisão perfeitamente aceitável[14].

▪ Controlador

Os controladores podem ser explícitos ou implícitos. Se forem explícitos, estes são caracterizados por um hardware e pelo seu respetivo software, no segundo caso, os controladores implícitos são fisicamente ocultados e as suas funções são compensadas pelos outros elementos que constituem o algoritmo de controlo. No caso de sistemas de controlo ativo, a estratégia de controlo é um processo complexo e necessita de um computador que produza as funcionalidades do controlador. Se o controlador operar a partir de um sinal digital, torna-se necessário converter esse sinal num sinal analógico. Estes sistemas requerem um fornecimento energético, que depende da estratégia de controlo usada e da capacidade dos centros de decisão, mas também necessitam de manutenção regular, o que não acontece no caso de ser um controlador implícito[14].

A conceção do controlador nos sistemas de controlo ativo pode ser bastante simples, mas por outro lado, pode-se tornar bastante mais complexo que o dimensionamento do restante sistema de controlo. A principal dificuldade surge no desenvolvimento da estratégia de controlo e a eficiência do controlador está dependente da interação sensores-atuadores, mas também da capacidade de processamento do computador e da estratégia de controlo adotada[14].

▪ Atuador

Na maioria dos casos, existe uma variada panóplia de atuadores com capacidade para serem aplicados nos sistemas de controlo ativo, no entanto, existem alguns com limitações na sua aplicabilidade. As principais condicionantes aquando da escolha do atuador a utilizar são a forma e o volume, a força máxima que é capaz de exercer, o tempo e frequência máxima de atuação. Portanto, a melhor escolha recai sobre o atuador, que considerando todas as limitações descritas, melhor se enquadra no problema que se pretende resolver[14].

A escolha de um atuador, que se pretende utilizar nos sistemas de controlo ativo, nem sempre é fácil de alcançar, isto porque, dificilmente um atuador que tenha capacidade de aplicar forças de elevada intensidade, terá capacidade para alcançar altas frequências, sendo que, se tal se conseguisse alcançar teria de ser despendida uma quantidade elevada de energia.

No dimensionamento de atuadores que sejam aplicados nos sistemas de controlo ativo, para além de terem de respeitar as condições mecânicas e estruturais, devem estar em concordância com a disposição dos sensores na estrutura e na maioria dos casos estão localizados na mesma posição, de forma a facilitar todo o processo[14].

Na tabela abaixo, Tabela 3.1, é possível observar a relação entre as ações que atuam na estrutura e os atuadores mais indicados para solucionar o efeito destas ações condicionantes. Estas relações resultam de estudos detalhados de autores especialistas neste tipo de soluções.

Tabela 3.1- Relação funcional entre atuadores e ações a controlar[15].

Ação Base Soluções

Ação Sísmica Amortecedores Passivos de Massas Sintonizadas TMD

Sistema de Escoras Ativas ABS

Amortecedores Sintonizados de Coluna Líquida Elementos Ativos de Rigidez Variável AVS

Amortecedores Ativos de Massas Sintonizadas ATMD Cabos Ativos

Ação do vento Defletores Aerodinâmicos de Geometria Varável

Amortecedores Ativos de Massas Sintonizadas ATMD Cabos Ativos

Ação Dinâmica de Veículos

Amortecedores Auxiliares Massas Auxiliares absorventes Almofadas Pneumáticas ADC Cabos Ativos