A bibliographic review on the performance and robustness of control strategies for active mass dampers in Multi-Degree-of-Freedom (MDOF) structures

Tuned Mass Dampers (TMDs) are widely used to reduce structural vibrations in high-rise buildings, especially in earthquake-prone or windy regions. Although effective, TMDs are passive systems with notable limitations, such as large mass and volume requirements and limited adaptability to changing structural dynamics. Recent advancements in technology and control theory have enabled the development of Active Mass Dampers (AMDs), which offer greater adaptability and improved performance against various external forces. ISAAC srl, an innovative startup, has introduced an innovative AMD solution designed to retrofit existing structures, effectively mitigating oscillations caused by seismic and wind loads. This thesis, in collaboration with ISAAC, investigates and evaluates six new control algorithms, from classical to advanced methods, against those currently used by ISAAC. The evaluation focuses on the effectiveness, robustness, and disturbance rejection capabilities of the algorithms. A single case study is considered: a 14-story building under seismic excitation. The performance of the algorithms are numerically simulated and the robustness is verified in presence of parametric uncertainties.The numerical simulation methodology presented in this thesis is validated through an experimental testbench provided by ISAAC, equipped with Active Mass Dampers (AMDs) and ground motion actuators.

I Tuned Mass Dampers (TMD) sono ampiamente utilizzati per la riduzione delle vibrazioni strutturali negli edifici di grande altezza, in particolare nelle regioni soggette a eventi sismici o a forti sollecitazioni eoliche. Sebbene efficaci, i TMD rappresentano sistemi passivi con rilevanti limitazioni, quali l'ingente massa e volume richiesti e la limitata adattabilità ai cambiamenti della dinamica strutturale. I recenti progressi nel campo della tecnologia e della teoria del controllo hanno consentito lo sviluppo degli Active Mass Dampers (AMD), che offrono una maggiore adattabilità e prestazioni migliorate nei confronti di diverse forze esterne. ISAAC srl, una startup innovativa, ha introdotto una soluzione AMD progettata per il retrofit di strutture esistenti, capace di mitigare efficacemente le oscillazioni indotte da carichi sismici e del vento. La presente tesi, sviluppata in collaborazione con ISAAC, analizza e valuta sei nuovi algoritmi di controllo, che spaziano da approcci classici a metodi avanzati, confrontandoli con quelli attualmente adottati dall'azienda. La valutazione si concentra su tre parametri principali: efficacia, robustezza e capacità di reiezione dei disturbi. Viene considerato un singolo caso studio: un edificio di 14 piani sottoposto a eccitazione sismica. Le prestazioni degli algoritmi sono valutate tramite simulazioni numeriche e la loro robustezza viene verificata in presenza di incertezze parametriche.La metodologia di simulazione numerica presentata in questa tesi è stata validata mediante un banco prova sperimentale fornito da ISAAC, dotato di Ammortizzatori di Massa Attivi (AMD) e attuatori di moto del suolo.