Dissertação (Mestrado)
Metodologia de dimensionamento de acumuladores hidráulicos para controle de força
Autor
Silva Neto, Nelson Walter da
Institución
Resumen
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2021. Os atuadores hidráulicos são utilizados em diversas aplicações na indústria devido a sua capacidade para trabalhar com grandes forças, pouca vibração e baixa inércia. O controle de força é muito empregado na área industrial, móbil, aeronáutica, robótica, entre outras. Na robótica, por exemplo, utiliza-se o sistema hidráulico com o controle de força na interação entre o sistema e um ambiente desconhecido. Pesquisadores normalmente descrevem a importância de um acoplamento flexível entre o atuador e o meio para isolar as dinâmicas dos sistemas e se ter uma saída de força estável e robusta. Este aumento da complacência é uma das formas de resolver os problemas de estabilidade inerentes ao controle de força. O objetivo principal é apresentar uma metodologia para o cálculo do volume e da pré-carga de acumuladores a fim de facilitar o seu dimensionamento e seleção para a aplicação em controle de força. O método de dimensionamento é aplicado em um sistema de controle de força utilizando acumuladores hidráulicos, no qual busca-se diminuir o módulo de compressibilidade efetivo do fluido hidráulico e, assim, substituir o efeito elástico obtido quando molas mecânicas são utilizadas. Posteriormente, é elaborado o modelo dinâmico do sistema e montado em uma bancada experimental. Empregando um controle PID, resultados de simulação e experimentais são comparados, comprovando a eficácia do sistema proposto para controle de força. Abstract: Hydraulic actuators are used in several applications in industry due to their ability to work with large forces, low vibration and low inertia. Force control is widely used in industrial, mobile, aeronautic, and robotic applications, among others. In robotics, for example, the hydraulic system is used with force control in the interaction between the system and an unknown environment. Researchers often describe the importance of a flexible coupling between the actuator and the medium to isolate the system dynamics and have a stable and robust force output. This increased compliance is one way to solve the stability problems inherent in force control. The main objective is to present a methodology for calculating the volume and preload of accumulators in order to facilitate their sizing and selection for force control application. The sizing method is applied to a force control system using hydraulic accumulators in which the aim is to decrease the effective compressibility modulus of the hydraulic fluid and thus replace the elastic effect obtained when mechanical springs are used. Subsequently, the dynamic model of the system is elaborated and assembled on an experimental bench. Employing a PID control, simulation and experimental results are compared, proving the effectiveness of the proposed system for force control.