Development of a smart vibration control system based on inertial actuators

In the wide field of vibration control logics, centralized ones offer an optimal solution. However, they present some limitations. Indeed, they require that the measurements made by each sensor are transmitted to a centralized controller, which processes the feedback signals and defines the control action that each actuator must apply. In order to have a real-time, reliable and delay-free transmission of data, the communication must necessarily be wired. However, in the event that the structure under control has large dimensions and/or requires the application of many actuators, a wired solution would be problematic both from an implementation point of view and due to the high cost involved. A valid solution is offered by the so called Stand-alone smart dampers. Being inertial actuators, therefore not requiring a structure on which react off, and being equipped with sensors and micro-controller, are completely autonomous and can be easily integrated into any structure. Furthermore, equipped with a wireless module, they can communicate information with each other. In this work, the attention was focused on the elaboration of a strategy for an optimal vibration suppression, based on the Selective Negative Derivative Feedback control logic. In particular, the Efficient Modal Control strategy has been identified as solution to coordinate the control action among actuators, weighing not only the vibratory state of the structure, but also the ability of each actuator to introduce active damping. Along the development, the possibility of extracting as much information as possible from the primary structure and sharing it among actuators throughout wireless communication was considered, in order to have a better understanding of the structure and increase the control effectiveness compared to a totally decentralized architecture.

Nell'ampio campo delle logiche di controllo di vibrazioni, quelle centralizzate offrono una soluzione ottimale. Tuttavia, presentano delle limitazioni. Esse, infatti, richiedono che le misure fatte da ogni sensore vengano trasmesse ad un controllore centralizzato, che elabori i segnali di feedback e definisca l'azione di controllo che ogni attuatore deve applicare. Al fine di avere una trasmissione in tempo reale dei dati affidabile e senza ritardi, la comunicazione deve essere necessariamente cablata. Tuttavia, nel caso in cui la struttura sottoposta a controllo avesse grandi dimensioni e/o richiedesse l'applicazione di molti attuatori, una soluzione cablata risulterebbe problematica sia da un punto di vista di implementazione sia per l'elevato costo annesso. Una valida soluzione è offerta dai così chiamati Stand-alone smart dampers. Essi, essendo attuatori inerziali, non necessitando quindi di una struttura su cui reagire, ed essendo provvisti di sensori e microcontrollore, risultano del tutto autonomi e facilmente integrabili su qualsiasi struttura. Inoltre, dotati di un modulo wireless, possono comunicare informazioni tra di loro. In questo lavoro, si è focalizzata l'attenzione sull'elaborazione di una strategia per un'ottimale soppressione delle vibrazioni, basata sulla logica di controllo Selective Negative Dericative Feedback. In particolare, la strategia Efficient Modal Control è stata individuata come la soluzione per coordinare l'azione di controllo tra i vari attuatori, pesando non solo lo stato vibratorio della struttura, ma anche la capacità di ogni attuatore di introdurre smorzamento attivo. Nello sviluppo, inoltre, è stata considerata la possibilità di estrarre più informazioni possibili dalla struttura primaria e di condividerle tra i vari attuatori attraverso la comunicazione wireless, al fine di avere una migliore comprensione della struttura e di poter aumentare l'efficacia di controllo rispetto ad una architettura totalmente decentralizzata.