Analysis of an innovative impedance for piezoelectric shunt

The vibrations problem is a very critical issue in the civil and industrial world. Among the available vibration reduction techniques piezoelectric shunt damping is a smart method which offers several advantages. There exist many variation of it, however in this thesis work only the piezoelectric shunt damping with a shunt circuit series+parallel configuration is considered. The purpose of this dissertation is to develop an analytical multi-degrees of freedom model able to describe the behavior of a an arbitrary electro-mechanical system composed by a flexible structure, a piezoelectric patch and a series+parallel configuration shunt circuit. A further target of this thesis work is to analyze the OP-AMP electrical outputs of the shunt circuit with the aim to optimize the parameters of the system in order to reduce the energy consumption and avoid the saturation of the control system. Finally, the experimental validation is carried out showing a good match between the results of the analytical model and the experimental one.

Il problema delle vibrazioni è un tema molto sentito nel mondo civile e industriale. Tra le tecniche disponibili per la riduzione delle vibrazioni meccaniche "piezoelectric shunt damping" rappresenta un approccio che offre numerosi vantaggi. Di questa tecnica ne esistono molte varianti, tuttavia in questa tesi ci si concentrerà esclusivamente su "piezoelectric shunt damping" con circuito di shunt in configurazione serie+parallelo. Lo scopo di questa tesi è quello di sviluppare un modello analitico a n gradi di libertà, capace di descrivere il comportamento fisico di un sistema elettromeccanico composto da una struttura meccanica arbitraria, un patch piezoelettrico e un circuito di shunt nella configurazione serie+parallelo. Un ulteriore obbiettivo è quello di studiare le uscite elettriche degli OP-AMP presenti del circuito di shunt con l’intento di ottimizzare i parametri del sistema al fine di ridurne il consumo di energia ed evitare la saturazione del sistema di controllo. Il modello analitico proposto è stato infine validato sperimentale mostrando una buona corrispondenza tra risultati teorici e sperimentali.