AUTOMATICA.IT Convegno Annuale dei Docenti e Ricercaori Italiani in Automatica Pisa, 7-9 settembre 2011 CONSTANT AND SWITCHING GAINS IN SEMI ACTIVE DAMPING OF VIBRATING STRUCTURES F. Blanchini # D. Casagrande * P. Gardonio * S. Miani * # Dipartimento di Matematica e Informatica, Università di Udine * Dipartimento di Ingegneria Elettrica Gestionale Meccanica, Università diudine
SOMMARIO Breve introduzione storica Controllo attivo del rumore 1) Controllo feed-forward f d rumore trasmesso attraverso tubo di ventilazione i 2) Controllo feed-forward rumore tonale in cabina aerei ad elica Controllo attivo vibro-acustico 1) Controllo attivo in retroazione di tipo ASAC 2) Controllo attivo deccentralizzato in retroazione di tipo AVC Sistemi decentralizzati 1) Smorzatore semiattivo ottimo: criterio H 2) Confronto smorzatori con guagagno fisso e switching min/max
1936 Invenzione dell Active Noise Control Copia della prima pagina del brevetto presentato da Paul Leug nel 1936 in Germania
Rumore misurato all uscita del tubo Esperimento allestito presso il DIEGM di UniUD per il progetto SASCAR Finanziato dalla Regione Friuli Venezia Giulia con fondi POR-FESR 2011-2013
Filtered-x. LMS & Filtered-u RLMS algorithms (both using 2x512 coefficients) 0 2 khz No control With control (LMS FIR) With control (rlms IIR) No control With control (LMS FIR) With control (rlms IIR)
COMPLESSITÀ DEL SISTEMA DI CONTROLLO Cavità 6 2.5 1.8 m 3 1-canale ω c = ω 1 5-canali ω c = 3ω 1 20-canali ω c = 5ω 1
COMPLESSITÀ DEL SISTEMA DI CONTROLLO Sovrapposizione Modale: Numero di modi eccitato in modo significativo alla frequenza di eccitazione
Q400 Aircraft with Active Noise Vibration Control system Sistema feed-forward multicanale per il controllo del rumore tonale prodotto dalle eliche di propulsione
Active Active Noise Noise Vibration Control Control feed-forward feed-forward systems systems (ANVC) (ANC) Controllo disturbi tonali
Controllo tipico di un sistema ANVC Controllore digitale multicanale centralizzato che utilizza 48 attuatori e 72 sensori distribuiti all interno della cabina
COMPLESSITÀ DEL SISTEMA DI CONTROLLO 1 mm thick aluminium panel 1 1.5 m 2 Sovrapposizione Modale: Numero di modi eccitato in modo significativo alla frequenza di eccitazione
Active Structural Acoustic Control feedback systems (ASAC) Disturbi aerodinanmici di tipo stocastico con spettro a banda larga multi-channel l centralised controller
Active Structural Acoustic Control feedback systems (ASAC) Disturbi aerodinanmici di tipo stocastico con spettro a banda larga Controllore a canale singolo
SMART PANEL con sensore volumetrico di velocità e attuatore di pressione uniforme trasduttori piezoelettrici
Active Vibration Control feedback systems (AVC) Disturbi aerodinanmici di tipo stocastico con spettro a banda larga multi-channel l decentralised d controller
Active Vibration Control feedback systems (AVC) Disturbi aerodinanmici di tipo stocastico con spettro a banda larga controllore multicanele l decentralizzato t
Retroazione di velocità: i.e. Smorzamento attivo Se sensore attuatore 1) Collocati 2) Duali L anello di retroazione è incondizionatamente stabile
Smart Panel con 5 unità decentralizzae di controllo che usano attuatori inerziali elettrodinamici
MEMS Velocity Sensor MEMS prototype built at ECS University of Southampton
IMPLEMENTATION OF THE Test DECENTRALISED Sperimentali CONTROLLER: anechoic chamber tests Measured sound pressure per unit excitation of the shaker on the panel Velocità media del pannello 0 2 khz Potenza sonora generata No control system (blue line) With the decentralised velocity feedback (red line)
Smart Panel con 16 unità decentralizzate di controllo che usano attuatori piezoelettrici
IMPLEMENTATION OF THE Test DECENTRALISED Sperimentali CONTROLLER: anechoic chamber tests Measured sound pressure per unit excitation of the shaker on the panel Velocità media del pannello 0 2 khz Potenza sonora generata No control system (blue line) With the decentralised velocity feedback (red line)
Esistenza di un minimo globale per l energia cinetica Dimostrata Analiticamente Criterio H Verificata numericamente e sperimentalmente per sistema distribuito piastra Sistemi distribuiti: norme H e H 2 sono simili
Confronto tra guadagno costante e switching m 2 k 2 g m 1 k 1 w z Impulse Response 1.5 40 1 38 36 34 32 Amplitude 0.5 0 H [db] 30 28 26 24 22 0.5 20 40 Constant Markov 30 20 1 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Time (sec) 0 0 2 4 6 8 10 state switching Markov switching
Conclusioni Sistemi feed-forward ANC per il controllo del rumore interno buona conoscenza della fisica del sistema e degli algoritmi di controllo commercializzazione i di applicazioni i i Limiti pratici dovuti al numero di canali (sensori-attuatori) necessari per controllo ad alte frequenze work in progress per sviluppo di sistemi multi-funzione e non invasivi buona conoscenza della fisica del sistema Sistemi feedback ASAC e AVC controllo decentralizzato offre soluzioni semplici e pratiche con prestazioni paragonabili a quelle multicanale work in progress per a) miniaturizzazione b) autoalimentazione c) self-tuning d) multifunctioning