Controllo attivo delle vibrazioni mediante attuatori inerziali

Vibration control is a major issue in the structures characterized by low level of damping. In fact, an applied disturbance, or an environmental force, can induce destructive vibrations with large magnitude and high decay time, that decrease performance, reduce fatigue strength and can cause annoying noise or instability phenomena. The aim of active control techniques is to reduce the magnitude and the duration of the vibrations. If you want to work only on certain modes of vibration of the structure, the modal approach turns out to be an effective technique for the synthesis of the control. Inertial actuators are very attractive in the field of active control of vibration. They do not need to react off a base structure and can therefore be directly installed on the vibrating structure. In this way, the forces used for the control don't affect other structures and so induced stresses and vibrations are avoided. In contrast, the dynamics of these actuators is strongly coupled to the structure dynamics and this fact introduces a stability limit in the controlled system. The stability of the control strategies, that are theoretically always stable when the force is generated with ideal actuators, is no longer guaranteed when the force is generated with inertial actuators. So, inertial actuators dynamics must be considered in the design of the active control system. This work investigates the feasibility of the use of inertial actuators in the reduction of vibrations in structures. The dynamics of these actuators is analysed, with particular attention to the effects on the stability of the controlled system. The distinguishing features of inertial actuators are pointed out, in order to obtain some guidelines for their use and design in vibration control applications. Modal control technique is considered and its objectives, limits and requirements are underlined. Theoretical results are in good agreement with experimental tests.

Il controllo delle vibrazioni è una problematica di fondamentale importanza nelle strutture caratterizzate da un basso livello di smorzamento. Un disturbo applicato, o un forzamento ambientale possono, infatti, indurre vibrazioni distruttive di grande ampiezza con elevati tempi di smorzamento, che decrementano le prestazioni, riducono la resistenza a fatica e possono causare fastidiose emissioni acustiche o fenomeni di instabilità. Le tecniche di controllo attivo mirano alla riduzione dell'ampiezza e del protrarsi delle vibrazioni. Nei casi in cui si desidera intervenire solamente su alcuni modi di vibrare, l'approccio modale si rivela una tecnica efficace per la sintesi del controllo. Una tipologia di attuatori molto interessante nel campo del controllo attivo delle vibrazioni è quella degli attuatori inerziali, che vengono montati direttamente sulla struttura da controllare, e non hanno bisogno di una base esterna fissa da cui reagire: in questo modo, le forze impiegate per il controllo non si scaricano su altre strutture, evitando così possibili sollecitazioni o vibrazioni indotte. Di contro, la dinamica degli attuatori inerziali è fortemente accoppiata a quella della struttura, introducendo un limite alla stabilità del sistema di controllo. Le tipologie di controllo delle vibrazioni teoricamente sempre stabili nel caso di attuatori ideali, non lo sono più qualora la forza venga generata attraverso attuatori inerziali. La dinamica di questa tipologia di attuatori deve perciò essere necessariamente considerata nel progetto di un sistema di controllo attivo. In questo lavoro si indaga la fattibilità dell'impiego degli attuatori inerziali nella riduzione delle vibrazioni delle strutture. In particolare, si analizza la dinamica di tali attuatori e si studiano gli effetti che essi introducono sulla stabilità del sistema controllato. Ne vengono evidenziate le caratteristiche peculiari, allo scopo di definire alcune linee guida per la loro scelta, o la loro progettazione, in applicazioni di controllo attivo delle vibrazioni. Si pone, inoltre, particolare attenzione alla tecnica del controllo modale, rimarcandone i vantaggi, i limiti e i requisiti. I risultati teorici sono supportati dalle prove sperimentali condotte su una struttura di prova.