Sviluppo di tecniche di controllo con shunt piezoelettrico e capacità negativa

The present work of thesis deals with vibration control by means of piezoelectric patches bonded on an elastic structure and shunted with an electrical circuit in which a negative capacitance is used. In the first part four different electrical layouts are analytically studied and experimentally validated on a cantilever beam with one piezoelectric patch bonded on its surface: the negative capacitance is added in series and in parallel to the resonant circuits (circuits made up by a resistance and an inductance placed in series or in parallel) in order to show how an inductance can be used to increase the broadband performance that characterizes the simple resistive circuits with negative capacitance (circuits composed of a negative capacitance in series or in parallel to a resistance). In the second part the aim is to enhance the performance of the circuit built with the series of a negative capacitance and a resistance by introducing in series to them a voltage source, which signal is proportional to the deflection of the structure; two different types of voltage source are proposed: a piezoelectric patch and a displacement sensor. The first kind of voltage source is only analytically treated, while the second type is both analytically and experimentally investigated (the structure considered in the experimental test is a cantilever beam with one piezoelectric patch bonded on its surface).

Il presente lavoro di tesi si occupa del controllo di vibrazioni attraverso l’utilizzo di patch piezoelettriche incollate su di una struttura elastica e collegate ad un circuito elettrico al cui interno è impiegata una capacità negativa. Nella prima parte quattro differenti configurazioni circuitali sono studiate analiticamente e sperimentalmente validate su di una trave incastrata provvista di una sola patch piezoelettrica: la capacità negativa è aggiunta in serie ed in parallelo ai circuiti risonanti (circuiti costituiti da una resistenza e una induttanza disposte in serie o in parallelo) al fine di mostrare come un’induttanza possa essere utilizzata per incrementare la prestazione a banda larga che caratterizza i semplici circuiti resistivi con capacità negativa (circuiti costituiti da una capacità negativa in serie o in parallelo ad una resistenza). Nella seconda parte lo scopo è quello di migliorare la prestazione del circuito realizzato dalla serie di una capacità negativa ed una resistenza introducendo in serie ad esse una sorgente di tensione, il cui segnale è proporzionale alla deformazione della struttura; due differenti tipologie di sorgente di tensione sono proposte: una patch piezoelettrica ed un sensore di spostamento. La prima di esse è trattata solamente per via analitica, mentre la seconda è sia analiticamente che sperimentalmente esaminata (la struttura considerata nelle prove sperimentali è una trave incastrata munita di una sola patch piezoelettrica).