Improvements in piezoelectric shunt for vibration damping : robust impedance layout and capacitance estimation

This thesis deals with control of vibration by means of piezoelectric patch shunted by a passive electrical circuit. In literature, passive LR resonant circuits have been studied and a lot of calibration methods have been developed. In case of variation of structural or electrical parameters, the circuit doesn’t allow optimal tuned conditions leading to a loss in attenuation performances. In order to increase robustness of the control system without active solutions like adaptive control, a new LRLC passive circuit is here proposed. In addition, two methods for the indirect estimation of the electrical capacitance of the piezo-actuator are presented: the first is based on a L-resonant shunt while in the second one a negative capacitance has been used. This investigation has been developed to avoid the necessity of expensive devices for the direct measurement of such a fundamental parameter for the calibration of the shunt circuit. An experimental campaign has been carried out in order to validate the analytical results.

Nel presente lavoro di tesi viene affrontato il tema del controllo di vibrazioni mediante l’impiego di materiale piezoelettrico associato a un circuito elettrico passivo. In letteratura vengono largamente trattati i circuiti passivi LR risonanti per i quali sono state sviluppate numerose tecniche di calibrazione. In caso di variazione dei parametri strutturali o elettrici, il circuito non lavora più in condizioni ottime di taratura e ciò provoca un calo di prestazioni. Per incrementare la robustezza del sistema di controllo, senza l’utilizzo di tecniche attive come il controllo adattativo, viene qui proposto un nuovo circuito passivo chiamato ‘LRLC’. Vengono inoltre presentati due metodi per la stima indiretta della capacità dell’attuatore piezoelettrico: il primo è basato sull’impiego un circuito puramente induttivo mentre nel secondo viene utilizzata una capacità negativa. Questa indagine è stata sviluppata per prescindere dall’utilizzo di strumenti costosi per la misura diretta di questo parametro di capacità di fondamentale importanza nella taratura del circuito di shunt. I risultati teorici sono stati validati con test sperimentali.