IT201800007173A1 - Sistema di identificazione e controllo attivo di vibrazioni in una struttura, e relativo metodo - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
Campo tecnico
La presente invenzione si riferisce ad un sistema di identificazione e controllo attivo di vibrazioni in una struttura.
In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un sistema in grado di rilevare e di reagire in modo controllato ad una sollecitazione dinamica che genera vibrazioni sulla struttura a cui tale sistema è applicato.
La presente invenzione si riferisce ulteriormente ad un metodo di identificazione e controllo di vibrazioni, mediante l’utilizzo di un sistema di controllo di tipo attivo.
In generale la presente invenzione trova applicazione nel campo del controllo e soppressione di vibrazioni, rilevando vibrazioni cui una struttura civile è sottoposta sia in condizioni ordinarie sia in condizioni straordinarie, potenzialmente dannose per la struttura civile stessa.
Arte nota
Una qualsiasi struttura, di piccole o grandi dimensioni, posta all’interno di un ambiente non isolato è generalmente soggetta ad una pluralità di sollecitazioni, le quali, nella maggior parte dei casi reali, sono sia di carattere statico sia di carattere dinamico. Tali sollecitazioni dinamiche hanno come effetto la generazione di una vibrazione indotta, più o meno visibilmente individuabile, sulla struttura stessa.
Questo fenomeno risulta di particolare rilevanza al crescere della dimensione della struttura, in considerazione dei differenti ordini di grandezza delie masse in gioco.
Di conseguenza risulta di particolare interesse la valutazione di vibrazioni dinamiche in strutture di massa considerevole, in particolare in applicazioni civili, che possono essere ad esempio un palazzo residenziale, un ponte, un ospedale, eccetera. È chiaramente di altrettanto interesse la valutazione di vibrazioni dinamiche in casi in cui la struttura non è fissa nello spazio ma si muove, ad esempio nel campo nautico in cui una nave rappresenta una struttura anch’essa dotata di una considerevole dimensione e massa.
Nel caso di applicazioni civili, certamente il fenomeno di sollecitazione dinamica di maggiore interesse e di maggiore entità è quello connesso ad un evento sismico, rilevante soprattutto per il diretto interessamento di utenti che occupano la struttura. Per tale motivo, nel seguito ci si focalizzerà sulla progettazione antisismica di strutture civili, la quale adotta differenti tipologie di sistemi per contrastare le suddette vibrazioni indotte. Risulta chiaro che di progettazione antisismica in strutture civili è da intendersi un’applicazione non limitativa.
Infatti sono da considerare anche sollecitazioni dinamiche e vibrazioni indotte di intensità minore, dovute ad esempio all’azione del vento, importante soprattutto per strutture snelle e deformabili, oppure dovute al traffico veicolare, rilevante soprattutto per talune strutture anche in base ai materiali adottati.
Una tipologia di controllo strutturale prevede l’impiego di sistemi atti a modificare la risposta della struttura quando sottoposta a sollecitazioni dinamiche, così da ridurne le vibrazioni.
Sistemi di controllo strutturale ad oggi sviluppati possono essere suddivisi in tre categorie: passivi, attivi e semi-attivi.
I sistemi passivi di controllo strutturale non richiedono una sorgente di energia esterna per operare, ed utilizzano il moto stesso della struttura per produrre un movimento relativo tra le differenti parti di un dispositivo, così da sviluppare le forze di controllo, che saranno una funzione dipendente dal solo moto della struttura. I sistemi passivi di controllo strutturale riducono la risposta oscillatoria della struttura attraverso un comportamento costante e predeterminato, e dunque sono incapaci di correzioni contestuali al verificarsi di differenti sollecitazioni, ovvero non sono capaci di adattarsi interattivamente ad esse.
I sistemi passivi di controllo strutturale possono sfruttare ad esempio la deformazione inelastica dei metalli [Metallic yield dampers), oppure una forza dissipativa di attrito tra i corpi ( Friction dampers ), oppure una deformazione di taglio utilizzando materiali viscoelastici {Viscoelastic dampers), oppure una massa ausiliaria ( Tuned mass dampers o TMD). In quest’ultimo caso si ha, per l’appunto, un doppio sistema massa-molla-smorzatore, collegato a cascata. Un dispositivo di tipo TMD può essere messo a punto per una sola frequenza naturale della struttura.
Nell’ambito aeronautico sono state proposte soluzioni di sistemi a massa ausiliaria o TMD. Ad esempio, US 9,587,699 B1 presenta un sistema TMD con auto-regolazione che adotta una bobina mobile per variare la lunghezza di elementi flessibili e che utilizza un procedimento iterativo per far convergere una funzione di trasferimento, calcolata tra corrente circolante nella bobina mobile ed accelerazione della struttura, ad un valore di ottimo. Il sistema noto da US 9,587,699 B1 risulta molto complesso e non particolarmente adatto per applicazioni civili.
Un ulteriore metodo noto di attenuazione dell’ampiezza di un’oscillazione di una piattaforma, è descritto in US 2017/0124249 Al in cui, a partire da parametri iniziali e mediante una funzione del moto predeterminata e caratteristiche dinamiche acquisite della piattaforma, si effettua un’ottimizzazione basata su un modello semplificato equivalente. Il metodo noto da US 2017/0124249 A1 risulta non particolarmente adatto a casi in cui si ha una variazione repentina delle condizioni di sollecitazione dinamica sulla struttura, come nel caso di eventi sismici.
I sistemi attivi di controllo strutturale, detti Active Mass Dampers o AMD, ed anche i sistemi semi-attivi di controllo strutturale, richiedono una sorgente di potenza esterna per poter operare. I dispositivi attivi necessitano infatti di attuatori elettroidraulici o elettromeccanici, che esplicano forze di controllo sulla struttura. Le forze di controllo sono generate dagli attuatori, comandati da un algoritmo di controllo, le cui decisioni si basano sul feedback, proveniente da sensori che misurano la risposta della struttura, e/o su informazioni feedforward, provenienti dalla misura dell’eccitazione.
Ad esempio, US 2012/0266547 Al descrive un sistema comprendente una massa trattenuta da un telaio, mobilmente in una direzione del piano ed in modo fisso nellaltra direzione, e corpi flessibili adottati come mezzi di movimentazione e connessi alle pareti del telaio; tale sistema viene attuato da un motore elettrico reversibile connesso ad appositi sensori che rilevano la sollecitazione sulla struttura. Il sistema noto da US 2012/0266547 Al può risultare non particolarmente accurato a causa soprattutto dell’incertezza cui è affetta la rilevazione dei sensori, soprattutto nelfottica di rilevazione di vibrazioni di modesta entità.
Ulteriormente, in generale, i sistemi attivi di controllo strutturale o AMD sono vincolati alla creazione di un complesso modello dinamico della struttura, da effettuarsi da parte di installatori esperti.
Nell’articolo “ Considerations on the implementation and modeling of an active mass driver with electrìc torsional servomotor’ di F. Ubertini, I. Venanzi, G. Comanducci; Mechanical Systems and Signal Processing 58-59 (2015) 53-69, si propone adattare un modello numerico di una struttura, dotata di un sistema attivo di controllo strutturale o AMD, in base a dati sperimentali. Tale soluzione risulta tuttavia scarsamente efficace qualora il modello numerico da adattare sia eccessivamente lontano dal modello reale di struttura.
Come è possibile desumere da quanto sopra, i sistemi noti, che siano passivi, attivi o semi-attivi sono affetti da una serie di inconvenienti.
In particolare, i sistemi attivi, per quanto garantiscano una risposta sufficientemente precisa alla sollecitazione dinamica ed alle vibrazioni rilevate, necessitano tuttavia di un modello molto accurato per sintetizzare il controllo; questa attività di modellazione deve essere eseguita quindi da tecnici esperti ed è in genere onerosa e difficilmente generalizzabile, traducendosi quindi in costi proibitivi e lunghi tempi di realizzazione.
Sintesi dell'invenzione
Uno scopo della presente invenzione è quello di ovviare ad inconvenienti della tecnica nota.
Uno scopo della presente invenzione è quello di garantire una maggiore affidabilità dei dati inseriti in un sistema di controllo attivo, per generare una corretta risposta di un sistema di smorzamento di vibrazioni.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di effettuare un’analisi di controllo strutturale per individuare eventuali danni allinterno di una struttura monitorata.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di effettuare un’analisi di monitoraggio strutturale per valutare l’evoluzione della condizione globale di una struttura con il passare del tempo.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di prevedere un sistema di semplice implementazione, che possa essere utilizzato da un qualunque utente, anche non specializzato.
Ancora un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di prevedere un sistema in grado di sfruttare anche in maniera alternativa l’energia acquisibile da un dispositivo smorzante.
Questi ed altri scopi sono raggiunti da un sistema di identificazione e controllo attivo di vibrazioni in una struttura, e da un metodo di identificazione e controllo attivo di vibrazioni in una struttura, secondo le caratteristiche delle allegate rivendicazioni che formano parte integrante della presente descrizione.
Un’idea alla base della presente invenzione è un sistema di identificazione e controllo attivo di vibrazioni in una struttura, comprendente almeno un dispositivo inerziale associabile alla struttura. Il dispositivo inerziale comprende almeno una massa mobile ed è configurato per un primo movimento controllato dell’almeno una massa mobile, in modo da eccitare la struttura. Il sistema di identificazione e controllo attivo comprende inoltre uno o più sensori di movimento, configurati per rilevare vibrazioni della struttura. Il sistema di identificazione e controllo attivo comprende inoltre almeno un dispositivo di proces samento, operativamente connesso all’uno o più sensori di movimento e all'almeno un dispositivo inerziale.
L’almeno un dispositivo di processamento è configurato per: - identificare un set di primi parametri, detti primi parametri essendo determinabili mediante l’uno o più sensori di movimento in risposta a vibrazioni, indotte dall’ambiente, della struttura;
- identificare un set di secondi parametri, detti secondi parametri essendo determinabili mediante l’uno o più sensori di movimento in risposta al primo movimento controllato dell’almeno una massa mobile;
- calcolare un modello dinamico in cui il set di primi parametri ed il set di secondi parametri sono resi coerenti tenendo conto dell'almeno una massa mobile;
- rilevare vibrazioni, eccedenti una soglia, della struttura mediante l'uno o più sensori di movimento;
- controllare l’almeno un dispositivo inerziale, in cui lalmeno un dispositivo inerziale è ulteriormente configurato per un secondo movimento controllato dell’almeno una massa mobile, in base al modello dinamico.
Preferibilmente il dispositivo di processamento è configurato per calcolare il modello dinamico mediante trattazione statistica di set successivi di parametri. Vantaggiosamente, è così possibile rendere maggiormente robusto il modello dinamico calcolato.
Preferibilmente il dispositivo di processamento è configurato per un’analisi di evoluzione temporale di successivi parametri del modello dinamico per un monitoraggio di salute strutturale, effettuando un cosiddetto “Structural Health Monitoring”. Vantaggiosamente è quindi possibile valutare l’evoluzione di parametri dinamici rilevanti nella valutazione di interventi di manutenzione, di cui debba essere oggetto la struttura.
Preferibilmente il dispositivo di processamento è configurato per generare un segnale d’allarme, in caso di variazione dei set successivi di parametri al di sopra di una soglia d’allarme. In tal modo, è possibile avere un’indicazione istantanea della possibile presenza di un danno strutturale, per evitare di incorrere in inconvenienti di carattere irreversibile.
Preferibilmente, il sistema della preseti te invenzione prevede uno o più sensori ambientali configurati per rilevare almeno un parametro ambientale quale temperatura e/o umidità, in cui il dispositivo di processamento è ulteriormente configurato per compensare lanalisi di evoluzione temporale in base ai parametri ambientali. Vantaggiosamente è così possibile valutare unicamente i parametri utili all’analisi della struttura, al netto di condizioni ambientali transitorie che non inficiano permanentemente le caratteristiche della struttura stessa.
Secondo un ulteriore aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un metodo di identificazione e controllo attivo di vibrazioni in una struttura, comprendente:
- associare almeno un dispositivo inerziale alla struttura, il dispositivo inerziale comprendente almeno una massa mobile;
- associare alla struttura uno o più sensori di movimento configurati per rilevare vibrazioni;
- identificare un set di primi parametri, determinati mediante l’uno o più sensori di movimento in risposta a vibrazioni, indotte dall’ambiente, della struttura;
- eccitare la struttura mediante un primo movimento controllato dell’almeno una massa mobile;
- identificare un set di secondi parametri, determinati mediante l’uno o più sensori di movimento in risposta al primo movimento controllato dell’almeno una massa mobile;
- calcolare un modello dinamico in cui il set di primi parametri ed il set di secondi parametri sono resi coerenti tenendo conto dellalmeno una massa mobile;
- rilevare vibrazioni, eccedenti una soglia, della struttura mediante l'uno o più sensori di movimento;
- effettuare il controllo attivo mediante un secondo movimento controllato dell'lmeno una massa mobile, in base al modello dinamico.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata fatta qui di seguito, di forme di realizzazione preferite, non limitative, della presente invenzione, e dalle rivendicazioni dipendenti che delineano forme di realizzazione preferite e particolarmente vantaggiose dellinvenzione.
Breve descrizione dei disegni
L'invenzione è illustrata con riferimento alle seguenti figure, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:
La Figura 1 illustra una vista prospettica schematica di un dispositivo inerziale associabile ad una struttura e comprendente almeno una massa mobile, in un sistema di identificazione e controllo attivo di vibrazioni secondo la presente invenzione;
- La Figura 2 illustra una installazione secondo una prima forma di realizzazione di un sistema di identificazione e controllo attivo di vibrazioni secondo la presente invenzione;
- La Figura 3 illustra una installazione secondo una seconda forma di realizzazione di un sistema di identificazione e controllo attivo di vibrazioni secondo la presente invenzione;
- La Figura 4 illustra un metodo di identificazione e controllo attivo di vibrazioni secondo la presente invenzione.
Nelle differenti ligure, elementi analoghi saranno identificati da numeri di riferimento analoghi.
Descrizione di dettaglio
Con riferimento alle figure, con 101 viene globalmente e schematicamente indicato un sistema di identificazione e controllo attivo di vibrazioni in una struttura, realizzato secondo la presente invenzione, di seguito denominato semplicemente “sistema” 101.
Il sistema 101, parzialmente visibile in Figura 1, comprende almeno un dispositivo inerziale 102 associabile ad una struttura 103. Tale dispositivo inerziale 102 comprende una massa mobile 104; in forme di realizzazioni alternative, il dispositivo inerziale potrebbe comprendere più masse mobili, che siano mobili anche in direzioni differenti tra loro.
Il dispositivo inerziale 102 è configurato, mediante un primo movimento controllato della massa mobile 104, per eccitare la struttura 103. A tal scopo, il dispositivo inerziale 102 comprende almeno un dispositivo di movimentazione 105 configurato per generare un movimento traslatorio controllato dellalmeno una massa mobile 104. Di conseguenza, mediante movimenti dell’almeno una massa mobile 104, il dispositivo inerziale 102 è configurato per attuare un controllo attivo sulla struttura 103. Tale controllo attivo consente innanzitutto di compensare vibrazioni della struttura 103, riducendone lampiezza, e consente anche di determinare parametri dinamici della struttura come sarà ulteriormente descritto.
Nella forma di realizzazione esemplificativa di Figura 1, il dispositivo di movimentazione 105 del sistema 101 comprende almeno una batteria di alimentazione 106; chiaramente in alternativa o in aggiunta si potrebbero adottare altri tipi di alimentazione, ad esempio un’alimentazione di tipo cablato alla rete elettrica. La batteria di alimentazione 106 alimenta un servomotore 107, il quale aziona una vite 108 di movimentazione, passante attraverso la massa mobile 104 tramite un dado 109 solidale con la massa mobile 104. La massa mobile 104 è quindi configurata per scorrere su binari 110, longitudinali rispetto al dispositivo inerziale 102, sotto l’azione trasmessa dalla vite 108. La vite 108 è preferibilmente una vite a ricircolo di sfere.
La vite 108 risulta compresa tra il servomotore 107 ed una struttura di telaio 1 11 su cui è solidarizzato un cuscinetto reggispinta 112. Tra il servomotore 107 e la struttura di telaio 111 si muove la massa mobile 104 lungo i binari 110. Il dispositivo inerziale 102 viene pilotato mediante un driver 112.
In una forma di realizzazione alternativa, per la movimentazione della massa 104 sarebbe possibile adottare un generico dispositivo con meccanismo vite-madrevite, o anche utilizzare dei perni, in luogo della vite, su cui far scorrere la massa mobile 104, mediante anche differenti attuatori meccanici, idraulici o pneumatici.
In un’altra forma di realizzazione alternativa, si potrebbe prevedere ancora un differente sistema di movimentazione che preveda ad esempio una movimentazione anche in rotazione della massa mobile.
Come visibile nella Figura 2, il sistema 101 può comprendere una pluralità di dispositivi inerziali 102 associati alla struttura 103. Preferibilmente, tali dispositivi inerziali 102 possono essere connessi tra loro in parallelo, o perfino essere indipendenti tra loro per aumentare la capacità di rilevazione di vibrazioni o per settorizzare la rilevazione. In particolare, i dispositivi inerziali 102 possono essere disposti in modo che le direzioni di movimento delle rispettive masse siano differenti tra loro, per fornire un controllo più versatile ed accurato.
Il sistema 101 comprende ulteriormente uno o più sensori di movimento 201, configurati per rilevare vibrazioni della struttura 103.
Preferibilmente, gli uno o più sensori di movimento 201 sono accelerometri o vibrometri. Gli accelerometri possono essere di una qualsiasi tipologia: estensimetrici, piezoelettrici, capacitivi, LVDT o altri.
Gli uno o più sensori di movimento 201 ed il dispositivo inerziale 102 sono operativamente connessi ad un dispositivo di processamento 202, posizionato preferibilmente in prossimità dei dispositivi inerziali 102. Differentemente in Figura 3 è visibile una forma di realizzazione alternativa in cui un dispositivo di processamento 302 è collegato remotamente rispetto ai dispositivi inerziali 102 ed ai sensori di movimento 201. Infatti il collegamento tra dispositivi inerziali 102 e dispositivo di processamento 202 o 302, può essere effettuato in modo cablato o in modo senza fili, per esempio mediante reti Wi-Fi o mediante connessioni di rete operanti sulla rete telefonica e/o Internet.
Il dispositivo di processamento 202, 302, come visibile nel diagramma di flusso di Figura 4, acquisisce, in un passo 401, in modo continuo le informazioni provenienti dall’uno o più sensori di movimento 201
Nel caso in cui, in un passo 402, il valore di rilevato sia superiore ad un valore di controllo, il dispositivo di processamento 202, 302 è configurato, in un passo 403, per identificare un set di primi parametri. I primi parametri sono quindi determinabili mediante l’uno o più sensori di movimento 201 in risposta a vibrazioni, indotte dall’ambiente, della struttura 103.
Nel caso invece in cui il valore di rilevato dall’uno o più sensori di movimento 201 sia inferiore ad un valore di controllo, il dispositivo di processamento 202, 302, in una prima possibilità definita a un passo 405, si può terminare il processo in un passo 404.
Differentemente, in una seconda possibilità, se previsto dal programma schedulato nel passo 405, il dispositivo di processamento 202, 302 attiva l’almeno una massa mobile 104, in un passo 406, per effettuare un primo movimento controllato, tale primo movimento controllato essendo rilevato dall’uno o più sensori di movimento 201.
Il sistema 101 è quindi in grado di identificare un set di secondi parametri.
Grazie al dispositivo di processamento 202, 302, il sistema 101 è configurato per eseguire preferibilmente lidentificazione ed il controllo attivo di vibrazioni in maniera automatica.
Il sistema 101 memorizza quindi, in un passo 407, il set di primi parametri ed il set di secondi parametri.
Preferibilmente, tali set di primi e secondi parametri sono rispettivamente determinabili mediante algoritmi di tipo “Operational Modal Analysis” ed “Experimental Modal Analysis”.
Inoltre, tali set di primi parametri e set di secondi parametri includono uno o più parametri tra: almeno una massa, almeno una rigidezza ed almeno uno smorzamento. Possono essere adottati anche altri parametri e grandezze, significativi dal punto di vista della vibrazione della struttura 103.
Il sistema 101 comprende preferibilmente anche uno o più sensori ambientali configurati, in un passo 408, per rilevare almeno un parametro ambientale, quale ad esempio umidità e/o temperatura; tali parametri ambientali sono anch’essi memorizzati assieme al set di primi parametri ed al set di secondi parametri al passo 407.
Il sistema 101, tenendo conto dell’almeno una massa mobile 104, rende coerenti il set di primi parametri ed il set di secondi parametri e calcola un modello dinamico in un passo 409. Preferibilmente, tale modello dinamico comprende frequenze proprie della struttura 103.
Grazie a tale modello dinamico, il sistema 101 è in grado di rilevare vibrazioni, eccedenti una soglia, in un passo 410 della struttura 103 mediante l’uno o più sensori di movimento 201 così da controllare, in un passo 411, l’almeno un dispositivo inerziale 102 con un secondo movimento controllato dell’almeno una massa mobile 104, in base al modello dinamico.
Preferibilmente, il set di primi parametri ed il set di secondi parametri sono resi coerenti tenendo conto di un parametro inversamente proporzionale alla radice quadrata dell’almeno una massa mobile 104. Ulteriormente è possibile tenere conto della disposizione dell’almeno una massa mobile 104 nella struttura 103, rendendo coerenti il set di primi parametri ed il set di secondi parametri con un coefficiente moltiplicativo legato a tale disposizione.
Il sistema 101, in particolare mediante il dispositivo di processamento 202, 302, è anche configurato per ripetere nel tempo lidentificazione del set di primi parametri al passo 406 e del set di secondi parametri al passo 407, acquisendo set successivi di parametri.
Il modello dinamico è preferibilmente calcolato, al passo 409, mediante trattazione statistica dei set successivi di parametri,
Ulteriormente, i set successivi di parametri, resi coerenti al passo 409, vengono memorizzati, in un passo 412. Dai parametri memorizzati al passo 412, il sistema 101 opera una codifica nei propri parametri di controllo in un passo 414 per avere immediata conversione in controllo attivo della struttura 103.
Il sistema 101, in particolare mediante il dispositivo di processamento 202, 302, è ulteriormente configurato per effettuare, in un passo 413, un’analisi di evoluzione temporale dei successivi parametri del modello dinamico, per effettuare un monitoraggio di salute strutturale, indicato anche come “Structural Health Monitoring” (SHM).
Nell’analisi di evoluzione temporale dei parametri, il dispositivo di processamento 202, 302, è ulteriormente configurato per effettuare una compensazione in base ai parametri ambientali rilevati al passo 408, ove siano previsti l’uno o più sensori ambientali sopra descritti.
Nel caso in cui al passo 413 venga rilevata una variazione dei set successivi di parametri al di sopra di una soglia d’allarme, il dispositivo di processamento 202, 302 è ulteriormente configurato per generare un segnale d’allarme.
Viene di seguito descritto un metodo di identificazione e controllo attivo di vibrazioni secondo linvenzione. È da intendersi che i passi descritti e rivendicati possono essere anche eseguiti in differenti ordini; in particolare la presenza di “primi parametri” e di “secondi parametri” è puramente indicativa, e non è da interpretare come una limitazione di carattere temporale sull’esecuzione degli stessi.
Il metodo di identificazione e controllo attivo di vibrazioni in una struttura, comprende l’associare almeno un dispositivo inerziale 102 alla struttura 103, il dispositivo inerziale comprendendo almeno una massa mobile 104. Il dispositivo inerziale 102 può essere disposto a seconda delle necessità, come è anche possibile disporre più dispositivi inerziali 102.
Sono associati alla struttura 103 uno o più sensori di movimento 201 configurati per rilevare vibrazioni. In base alle vibrazioni rilevate, viene identificato un set di primi parametri, determinati mediante l’uno o più sensori di movimento 201 in risposta a vibrazioni, indotte dall’ambiente, della struttura 103.
Mediante un primo movimento controllato dell’almeno una massa mobile 104, viene eccitata la struttura 103. Viene così identificato un set di secondi parametri, determinati mediante l’uno o più sensori di movimento 201 in risposta al primo movimento controllato dellalmeno una massa mobile 104.
Il set di primi parametri ed il set di secondi parametri sono resi coerenti tenendo conto dell’almeno una massa mobile 104, calcolando, quindi, un modello dinamico.
Conseguentemente il metodo, in caso di rilevazione di vibrazioni esterne, eccedenti una soglia, della struttura 103 mediante luno o più sensori di movimento 201, effettua il controllo attivo mediante un secondo movimento controllato dellalmeno una massa mobile 104, in base al modello dinamico.
In generale, il metodo di identificazione e controllo attivo di vibrazioni di una struttura secondo la presente invenzione, è implementabile nel sistema 101 di identificazione e controllo attivo di vibrazioni di una struttura secondo la presente invenzione. Le caratteristiche di quest’ultimo sono quindi da riferirsi anche al metodo, secondo quanto qui descritto.
Applicabilità industriale
Vantaggiosamente, la presente invenzione consente di identificare un modello dinamico robusto, relativo alle vibrazioni di una struttura, presentando una minore incertezza sui parametri utilizzati per la costruzione di tale modello.
Difatti il sistema ed il metodo della presente invenzione prevedono di rendere coerenti due differenti dati, entrambi intimamente legati alla struttura e non di stampo puramente numerico, tramite una depurazione dall’influenza della massa. Particolarmente tramite una trattazione statistica in grado di identificare il parametro maggiormente affidabile in base al comportamento atteso dalla struttura specifica, il modello dinamico risulta vantaggiosamente preciso.
Ulteriormente, la presente invenzione è ottimale nella valutazione dell'azione di trascinamento sulla massa mobile. Infatti, il dispositivo di processamento è atto a calcolare forze di controllo necessarie nelle varie direzioni, per diminuire le ampiezze di oscillazione della struttura durante un evento vibratorio. Ogni dispositivo inerziale installato sulla struttura riceve un comando di forza di controllo, da esercitare singolarmente nel punto dove lo specifico dispositivo inerziale è applicato. L’accelerazione della struttura nella stessa direzione e nello stesso punto di applicazione di un singolo dispositivo inerziale, chiamata anche “accelerazione di trascinamento”, e l’accelerazione relativa della massa inerziale rispetto al punto di applicazione sulla struttura, chiamata anche “accelerazione relativa”, consentono di definire una forza di controllo basata sul comportamento dinamico della struttura, evitando qualsiasi tipo di fenomeno dì “Spillover che potrebbe degradare le prestazioni della struttura durante l’evento vibratorio, in particolare di tipo sismico.
Tra le applicazioni della presente invenzione, è anche possibile considerare il recupero energetico. Infatti, sfruttando il movimento relativo massa- struttura in condizione di sollecitazioni ambientali è possibile recuperare l’energia della vibrazione conseguente. In una condizione ideale tale energia recuperata può essere utilizzata per rialimentare il sistema senza necessità di una fonte di alimentazione aggiuntiva.
Ulteriore vantaggio della presente invenzione è dato dall’analisi dell’evoluzione nel tempo della struttura ai fini di uno “Structural Health Monitoring anche compensando le trascurabili influenze di umidità, temperatura, eccetera, potendo effettuare in condizioni opportune anche un’analisi predittiva di danni possibili, valutando così una conseguente manutenzione preventiva sulla struttura monitorata.
Ancora un ulteriore vantaggio della presente invenzione, è dato dallapplicabilità del sistema su una qualsiasi struttura ed in una qualsiasi disposizione, non essendo vincolato a specifiche richieste di installazione.
Infine, un ulteriore vantaggio del sistema secondo la presente invenzione è dato dalla possibilità di essere installato da un qualsiasi utente, non necessitando di una onerosa programmazione ad-hoc da parte di un tecnico esperto, ma essendo atto ad auto-configurarsi per un immediato funzionamento. Ciò ha un notevole impatto sia dal punto di vista pratico che da un punto di vista economico.
Considerando la descrizione qui riportata, il tecnico del ramo potrà congegnare ulteriori modifiche e varianti, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche.
Le forme di realizzazione qui descritte sono pertanto da intendersi esempi illustrativi e non limitativi dell’invenzione,

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema (101) di identificazione e controllo attivo di vibrazioni in una struttura (103), comprendente: almeno un dispositivo inerziale (102) associabile a detta struttura (103), detto dispositivo inerziale (102) comprendente almeno una massa mobile (104) e configurato per un primo movimento controllato di detta almeno una massa mobile (104), in modo da eccitare detta struttura (103); uno o più sensori di movimento (201) configurati per rilevare vibrazioni di detta struttura (103); almeno un dispositivo di processamento (202, 302) operativamente connesso a detti uno o più sensori di movimento (201) e a detto almeno un dispositivo inerziale (102), detto almeno un dispositivo di processamento (202, 302) essendo configurato per: - identificare un set di primi parametri, detti primi parametri essendo determinabili mediante detti uno o più sensori di movimento (201) in risposta a vibrazioni, indotte dall· 'ambiente, di detta struttura (103); - identificare un set di secondi parametri, detti secondi parametri essendo determinabili mediante detti uno o più sensori di movimento (201) in risposta a detto primo movimento controllato di detta almeno una massa mobile (104); - calcolare un modello dinamico in cui detto set di primi parametri e detto set di secondi parametri sono resi coerenti tenendo conto di detta almeno una massa mobile (104); - rilevare vibrazioni, eccedenti una soglia, di detta struttura (103) mediante detti uno o più sensori di movimento; - controllare detto almeno un dispositivo inerziale (102), in cui detto almeno un dispositivo inerziale (102) è ulteriormente configurato per un secondo movimento controllato di detta almeno una massa mobile (104), in base a detto modello dinamico.
  2. 2. Sistema (101) secondo la rivendicazione 1, in cui detti primi parametri sono determinabili mediante algoritmi di tipo Operational Modal Analysis ed in cui detti secondi parametri sono determinabili mediante algoritmi di tipo Experimental Modal Analysis.
  3. 3. Sistema (101) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto set di primi parametri e detto set di secondi parametri sono resi coerenti tenendo conto di un parametro inversamente proporzionale alla radice quadrata di detta almeno una massa mobile (104).
  4. 4. Sistema (101) secondo la rivendicazione 3, in cui detto set di primi parametri e detto set di secondi parametri sono resi coerenti tenendo ulteriormente conto di un coefficiente moltiplicativo legato alla disposizione di detta almeno una massa mobile (104) in detta struttura (103).
  5. 5. Sistema (101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto set di primi parametri e detto set di secondi parametri includono uno o più tra: almeno una massa, almeno una rigidezza, almeno uno smorzamento.
  6. 6. Sistema (101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui detto dispositivo di processamento (202, 302) è ulteriormente configurato per ripetere nel tempo l’identificazione detto set di primi parametri e di detto set di secondi parametri, acquisendo set successivi di parametri.
  7. 7. Sistema (101) secondo la rivendicazione 6, in cui detto dispositivo di processamento (202, 302) è ulteriormente configurato per calcolare detto modello dinamico mediante trattazione statistica di detti set successivi di parametri.
  8. 8. Sistema (101) secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui detto dispositivo di processamento (202, 302) è ulteriormente configurato per un’analisi di evoluzione temporale di detti set successivi di parametri, per un monitoraggio di salute strutturale.
  9. 9. Sistema (101) secondo la rivendicazione 8, in cui detto dispositivo di processamento è (202, 302) ulteriormente configurato per generare un segnale d’allarme in caso di variazione di detti set successivi di parametri al di sopra di una soglia d’allarme.
  10. 10. Sistema (101) secondo la rivendicazione 8 o 9, ulteriormente comprendente uno o più sensori ambientali configurati per rilevare almeno un parametro ambientale quale temperatura e/o umidità, in cui detto dispositivo di processamento (202, 302) è ulteriormente configurato per compensare detta analisi di evoluzione temporale in base a detti parametri ambientali.
  11. 11. Sistema (101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui detto almeno un dispositivo inerziale (102) comprende almeno un dispositivo di movimentazione (105) configurato per un movimento traslatorio controllato di detta almeno una massa mobile (104).
  12. 12. Sistema (101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui detto almeno un dispositivo inerziale (102) è configurato per detto controllo attivo, mediante movimenti di detta almeno una massa mobile (104), per compensare vibrazioni di detta struttura (103) riducendone l'ampiezza.
  13. 13. Sistema (101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12, configurato per eseguire in maniera automatica detta identificazione e detto controllo attivo di vibrazioni.
  14. 14. Metodo di identificazione e controllo attivo di vibrazioni in una struttura, comprendente: - associare almeno un dispositivo inerziale (102) a detta struttura (103), detto dispositivo inerziale (102) comprendente almeno una massa mobile (104); - associare a detta struttura (103) uno o più sensori di movimento (201) configurati per rilevare vibrazioni; - identificare un set di primi parametri, determinati mediante detti uno o più sensori di movimento (201) in risposta a vibrazioni, indotte dall’ambiente, di detta struttura (103); - eccitare detta struttura (103) mediante un primo movimento controllato di detta almeno una massa mobile (104); - identificare un set di secondi parametri, determinati mediante detti uno o più sensori di movimento (201) in risposta a detto primo movimento controllato di detta almeno una massa mobile (104); - calcolare un modello dinamico in cui detto set di primi parametri e detto set di secondi parametri sono resi coerenti tenendo conto di detta almeno una massa mobile (104); - rilevare vibrazioni, eccedenti una soglia, di detta struttura (103) mediante detti uno o più sensori di movimento (201); effettuare detto controllo attivo mediante un secondo movimento controllato di detta almeno una massa mobile (102), in base a detto modello dinamico.
  15. 15. Metodo secondo la rivendicazione 14, implementabile in un sistema di identificazione e controllo attivo di vibrazioni in una struttura (103) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 13.
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