Desarrollo de Circuitos Basados en Piezo SISO para el Control Activo de Vibraciones Estructurales
Autores: Arena, Maurizio; Viscardi, Massimo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Desarrollo de Circuitos Basados en Piezo SISO para el Control Activo de Vibraciones Estructurales
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Control de vibraciones
Modelo de elementos finitos
Actuador piezoeléctrico
Validación experimental
Circuito integrado
Análisis de frecuencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
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Este documento trata sobre el desarrollo de una plataforma de control de vibraciones inteligente siguiendo un enfoque innovador basado en modelos. De hecho, obtener información precisa sobre la respuesta del sistema en las fases de pre-diseño y diseño puede reducir tanto los esfuerzos computacionales como experimentales. Desde esta perspectiva, se ha esquematizado numéricamente un sistema acoplado electro-mecánico de múltiples grados de libertad (MDOF) implementando una formulación de elementos finitos: se ha desarrollado una herramienta de simulación robusta que integra características del modelo de elementos finitos (FEM) con capacidades de Simulink(r). La actuación por deformación piezoeléctrica se ha modelado con una descripción de elementos finitos en 2D: los efectos ejercidos sobre la estructura (efecto inverso) se han aplicado como cargas concentradas en la interfaz de los nodos piezoeléctricos. La detección (efecto directo) se ha modelado en cambio con una ecuación constitutiva piezoeléctrica en 2D y también se ha validado experimentalmente. El estudio teórico condujo al desarrollo práctico de un circuito integrado que permitió evaluar el rendimiento del control de vibraciones. El análisis de parámetros críticos, la descripción de modelos numéricos integrados y una discusión de los resultados experimentales se abordan paso a paso para obtener una visión global del proceso de ingeniería. El control de modo único se ha validado experimentalmente para un banco de pruebas simple como una viga cantilever de aluminio. El par sensor-actuador piezoeléctrico se ha colocado de acuerdo con un proceso de optimización basado en la máxima energía eléctrica almacenada. Finalmente, se ha observado un buen nivel de correlación entre el modelo de predicción y la aplicación experimental: el análisis de frecuencia permitió caracterizar el comportamiento del par piezoeléctrico incluso lejos del pico de resonancia.
Descripción
Este documento trata sobre el desarrollo de una plataforma de control de vibraciones inteligente siguiendo un enfoque innovador basado en modelos. De hecho, obtener información precisa sobre la respuesta del sistema en las fases de pre-diseño y diseño puede reducir tanto los esfuerzos computacionales como experimentales. Desde esta perspectiva, se ha esquematizado numéricamente un sistema acoplado electro-mecánico de múltiples grados de libertad (MDOF) implementando una formulación de elementos finitos: se ha desarrollado una herramienta de simulación robusta que integra características del modelo de elementos finitos (FEM) con capacidades de Simulink(r). La actuación por deformación piezoeléctrica se ha modelado con una descripción de elementos finitos en 2D: los efectos ejercidos sobre la estructura (efecto inverso) se han aplicado como cargas concentradas en la interfaz de los nodos piezoeléctricos. La detección (efecto directo) se ha modelado en cambio con una ecuación constitutiva piezoeléctrica en 2D y también se ha validado experimentalmente. El estudio teórico condujo al desarrollo práctico de un circuito integrado que permitió evaluar el rendimiento del control de vibraciones. El análisis de parámetros críticos, la descripción de modelos numéricos integrados y una discusión de los resultados experimentales se abordan paso a paso para obtener una visión global del proceso de ingeniería. El control de modo único se ha validado experimentalmente para un banco de pruebas simple como una viga cantilever de aluminio. El par sensor-actuador piezoeléctrico se ha colocado de acuerdo con un proceso de optimización basado en la máxima energía eléctrica almacenada. Finalmente, se ha observado un buen nivel de correlación entre el modelo de predicción y la aplicación experimental: el análisis de frecuencia permitió caracterizar el comportamiento del par piezoeléctrico incluso lejos del pico de resonancia.