Reducción activa de vibraciones en vigas equipadas con actuador piezoeléctrico mediante técnicas de control predictivo
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Resumen
Se ha observado un notable y creciente interés, tanto en el mundo académico como en el empresarial, en el uso de materiales piezoeléctricos en estructuras para la cancelación de las vibraciones mecánicas que se produzcan en ellas cuando se encuentran en servicio. Si bien se encuentra documentación abundante en la literatura para el uso de estos dispositivos, la mayor parte de los estudios encontrados se centran en la utilización de dispositivos piezoeléctricos, bien de forma pasiva o semiactiva a través de circuitos de derivación (shunts) con diferentes parámetros. La excitación activa del piezoeléctrico se contempla en un número limitado de casos, y es todavía más escasa la consideración de arquitecturas de control avanzado como el control predictivo basado en modelo (CPBM, o más frecuentemente MPC, del inglés Model Predictive Control).
El control mediante MPC es de indiscutible interés en la industria y la academia y es una línea de investigación que ha permanecido continuamente activo desde sus primeros avances en los años 70 y 80, debido a que permite calcular las acciones de control óptimas a lo largo de un horizonte futuro de control para llevar el sistema controlado a la referencia deseada, ofreciendo gran flexibilidad en sus propiedades.
En este trabajo se presenta el análisis de la respuesta de un controlador predictivo simple en una viga en voladizo excitada mediante aceleraciones en su base. La actuación se realiza por medio de la incorporación de un parche piezoeléctrico fijado cerca de la base, y el objetivo es atenuar la vibración en el extremo libre.
La medida de efectividad en la cancelación de vibraciones se cuantifica a través de la reducción en el cociente de las PSD (Power Spectral Density) de la aceleración en el extremo libre frente a la de la base del sistema controlado en comparación con el sistema sin controlar. El enfoque de control predictivo utilizado resuelve el sistema para todo el horizonte de control en cada instante de tiempo, lo que resulta costoso de procesar e imposible de ejecutar en tiempo real, lo que motiva que en este trabajo se presenten únicamente resultados de simulación y se propongan otras alternativas.
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