Controlo ativo de estruturas com elementos piezoelétricos: diferentes estratégias de controlo

Abstract

Na maioria dos casos, as vibrações podem ser consideradas inevitáveis e indesejáveis. Devido à atual tendência de criar estruturas cada vez mais leves e rápidas e devido aos atuais métodos de construção (soldadura e colagem), estas tornam-se mais suscetíveis ao aumento das tensões e dos fenómenos de fadiga. Para contornar este problema, nestes últimos anos tem aumentado o interesse mostrado no desenvolvimento e utilização de estruturas inteligentes. O seu propósito é a redução ou eliminação das vibrações, sempre que estas são indesejáveis, como é o caso de instrumentos cuja qualidade e precisão são incompatíveis com vibrações. Nas estruturas criticas já se utilizam mecanismos de controlo ativo de vibrações extremamente eficazes, o problema prende-se com o investimento da sua implementação e com a quantidade de energia despendida no controlo. Os objetivos passam por encontrar formas de controlo tão ou mais eficazes do que os controladores atuais mas, acima de tudo, mais eficientes, contribuindo para a criação de sistemas autossuficientes. O presente trabalho tem como objetivo geral estudar e comparar a eficácia e eficiência de diferentes controladores, nomeadamente, CGVF, atuação pulsada e LQR. Estudou-se a influência de truncar o sinal de atuação, variar a sua amplitude em atuação pulsada e dividi-lo em vários pulsos mais pequenos. Para isto, realizou-se um estudo experimental onde se implementou os diversos controladores num Arduíno para depois se analisar a sua eficiência relativa. Foi ainda criada uma interface que permite selecionar o controlador, ajustar os parâmetros de controlo e, com base na resposta do sistema, calcular automaticamente a eficácia do controlador.

Generally, the vibrations can be considered inevitable and undesirable. Due to the actual tendency to create increasingly lighter and faster structures and due to the current construction methods (welding and gluing), they become more susceptible to the increase of stresses and phenomena of fatigue. To overcome this problem, in these last few years, the interest demonstrated in the development and use of adaptive structures has grown. The goal is the reduction or elimination of vibrations, whenever they are undesirable, as in the case of instruments which quality and precision are incompatible with vibrations. In critical structures there are already mechanisms of active vibrations control which are extremely effectives, the problem lies in the investment needed for their implementation and the amount of energy consumed in the control. The objective is to find equally or more effective controllers but, above all, more efficient ones, contributing to the creation of self-sufficient systems. The present work aims to study and compare the effectiveness and efficiency of different controllers, in particular CGVF, pulsed operation and LQR. It was studied the influence of truncate the actuation signal, vary its amplitude in pulsed actuation and divide it into several smaller pulses. For this, an experimental study was carried out to implement the different controllers in an Arduino board and then to analyze their relative efficiency. It was also created an interface that allows the user to select the controller, adjust the control parameters and then, based on the response of the system, automatically calculates the effectiveness of the controller tested.