Controllo attivo delle vibrazioni: sperimentazione su un simulatore dinamico di motore C.I.

In questo lavoro si è voluto indagare il problema del controllo attivo delle vibrazioni dal punto di vista teorico e sperimentale.
Poiché si è trattato di una prima presa di contatto con questa applicazione, si è ideato e realizzato un dispositivo di prova che permetta il maggiore controllo delle grandezze che ne determinano la dinamica. Questo al fine di ridurre gli errori nella modellazione del sistema da controllare e di raggiungere una miglior comprensione degli effetti del controllo automatico sulla dinamica della struttura.

In questo lavoro è presentata la progettazione e realizzazione di un simulatore dinamico di motore a combustione interna e del relativo sistema di controllo automatico delle vibrazioni. Sono stati indagati gli aspetti del problema inerenti il dimensionamento dell'apparecchiatura vibrante, la costruzione del modello matematico, la scelta della strategia del controllo, la sintesi e l'implementazione del sistema di controllo elettronico. Si è pensato di modellare il motore come un corpo rigido del quale si indagano i moti lungo i gradi di libertà interessati dalla forza agente lungo l'asse dei cilindri (verticali) e dal momento ribaltante (orizzontale). Sono utilizzati due accelerometri per rilevare la dinamica del sistema e due attuatori elettromagnetici per generare le forze di controllo.

A partire dal modello matematico del simulatore dinamico (ottenuto in forma di stato) è stata effettuata la sintesi del controllo automatico delle vibrazioni. Si tratta di un controllo ottimo che effettua la reazione delle velocità degli stati e determina l'azione di controllo bilanciando i risultati ottenuti, in termini di smorzamento delle vibrazioni,e lo sforzo richiesto, in termini di intensità delle forze da applicare.

Poiché due sono i segnali in ingresso (dagli accelerometri) e due i segnali in uscita (le forze applicate dagli attuatori elettromagnetici) si tratta di un sistema di controllo MIMO.

Dal punto di vista teorico il risultato principale è stato la sintesi di un controllo LQR/LTR che permette di reazionare le accelerazioni.

Dal punto di vista sperimentale si è ottenuto un sistema di controllo che fin dalle prime prove ha presentato risultati in accordo con i buoni risultati offerti nella simulazione numerica e raggiunge una riduzione dell'ampiezza delle accelerazioni attorno al 50 % nell'attuale stadio di sviluppo.