Controlo dinâmico ativo piezoelétrico de estruturas: atuação pulsada

Abstract

Com a crescente procura de processos de precisão cresce também a necessi-dade de mecanismos que sejam capazes de controlar os fenómenos oscilató-rios de estruturas. No entanto, estes mecanismos que permitem controlar estruturas são, normalmente, dispendiosos em termos energéticos (quando se tratam de mecanismos ativos de controlo). Este é um fator determinante ao nível financeiro e ao nível da sustentabilidade energética, sendo ambos estes aspetos preponderantes na sociedade moderna. Tendo em conta este enquadramento, o presente trabalho tem como objetivo estudar a eficácia da atuação pulsada através de materiais piezoelétricos para realizar o controlo de estruturas leves já que, no caso de se revelar um meca-nismo de controlo eficaz, uma atuação deste género permitiria reduzir os con-sumos energéticos das soluções ativas de controlo. Para isto, foi realizado um estudo experimental baseado na alteração de dois parâmetros: a largura do pulso e o seu desfasamento face à vibração de uma viga encastrada em alumínio. Foi também testado um mecanismo de controlo por feedback convencional e os resultados foram comparados sob a perspetiva da sua eficácia relativa no aumento da razão de amortecimento da viga e sob a perspetiva da sua eficiência energética relativa.

With the growing demand for more accurate processes, grows the need for mechanisms which are capable of controlling the oscillatory behavior of struc-tures. However, these mechanisms which enhance the dynamic behavior of structures are, usually, consumers of large amounts of energy (when referring to active damping solutions). This is harmful in what concerns to the energetic sustainability and also financially, both being major issues in modern society. Taking this into account, the current work aims to study the efficiency of pulsed actuation using piezoelectric materials to control lightweight structures since, in the case of being proved efficient, such an actuation would allow to reduce the energy consumption of active damping control solutions. With this purpose, an experimental study was conducted based on the chang-ing of two parameters: the pulse's width and its phase lag in relation to the vi-bration of an aluminum cantilever beam. A feedback control mechanism was also tested and the results where compared under the perspective of the rela-tive effectiveness in improving the damping ratio of the beam and under the perspective of the controllers' relative energy efficiency.