Implementação estratégica de um controlador LQR para atenuação eficaz de vibrações em um assento de caminhão : uma abordagem multidimensional e integrada

Abstract

A busca por soluções modernas para atenuar sistemas de vibração em diferentes cenários tem sido pesquisa de muitos profissionais de engenharia. Um cenário muito importante é no caso de um assento de caminhão, veículo que usualmente é conduzido pelo mesmo motorista por acumuladas horas. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo construir um sistema de controle ativo para atenuação de vibração sob o assento de um caminhão Mercedes L1313 com o desenvolvimento de um controlador LQR e inserção de um atuador para a ação de controle. Neste estudo, utiliza-se um modelo biodinâmico de 12 graus de liberdade em conjunto com o modelo dinâmico do caminhão de 13 graus de liberdade, realizando-se a análise dinâmica deste conjunto com e sem o sistema de controle ativo desenvolvido. Para a elaboração do controlador LQR e a solução numérica das equa ções matriciais diferenciais obtidas no modelamento dinâmico, utilizou-se o software MATLAB e suas funcionalidades, incluindo a sub-rotina ODE45, baseado no método numérico de Runge-Kutta. As soluções obtidas foram apresentadas em forma de gráficos de deslocamento vertical do assento, que demonstra o comportamento vibratório, além da obtenção de valores de aceleração RMS, para fins de comparação com as normas internacionais de conforto e saúde, comprovando-se a eficácia do sistema de controle ativo para a atenuação de vibrações.

The search for modern solutions to mitigate vibration systems in different scenarios has been the research of many engineering professionals. A very important scenario is in the case of a truck seat, a vehicle that is usually driven by the same driver for accumulated hours. In this context, the present work aims to build an active control system for vibration attenuation under the seat of a Mercedes L1313 truck with the development of an LQR controller and the insertion of an actuator for control action. In this study, a 12-degree-of-freedom biodynamic model is used in conjunction with the 13-degree-of-freedom dynamic model of the truck, performing dynamic analysis of this set with and without the developed active control system. For the elaboration of the LQR controller and the numerical solution of the differential matrix equations obtained in the dynamic modeling, the MATLAB software and its functionalities were used, including the ODE45 subroutine, based on the numerical Runge-Kutta method. The solutions obtained were presented in the form of vertical seat displacement graphs, which demonstrates the vibratory behavior, in addition to obtaining RMS ac celeration values, for comparison purposes with international comfort and health standards, proving the effectiveness of the active control system for vibration attenuation.