Control activo de vibraciones

CONTROL ACTIVO DE VIBRACIONES MECANICAS

Resumen: En este artículo se presenta una síntesis de los modelos de control de vibraciones por medio de aislamiento activo en sistemas mecánicos. El desarrollo se ejemplifica con un sistema mecánico de un grado de libertad con un actuador electrohidráulico.
 
1.- Introducción.
En la  mayoría de las máquinas, equipos y construcciones civiles,excepto las muy pequeñas, se pueden presentar serios problemas estructurales o de funcionamiento debido a las cargas dinámicas que producen vibraciones, por lo que resulta importante evitar la propagación de las mismas mediante su absorción o eliminación. En algunos casos es necesario aislar un equipo o base vibratoria ( como en el caso de mesas de calibración de instrumentos), en otros se requiereaislamiento para obtener comodidad, estabilidad y seguridad ( como en el caso de las suspensiones de vehículos automotrices). Cuando una estructura o equipo está bajo la acción de alguna forma de movimiento, se pueden emplear muchos procedimientos para tratar de controlar y mantener la vibración dentro de ciertos límites. El método tradicional para aislar la transmisión de vibración desde una fuentevibratoria instalada sobre un soporte estructural flexible (como en el caso de una máquina rotativa), es separar la máquina de la estructura por medio de soportes elásticos disipativos.
Este tipo de control de vibraciones, que no requiere de una fuente de energía externa para su funcionamiento se denomina control pasivo, e involucra la reducción de las vibraciones por medio de resortes,materiales elásticos y amortiguadores que se adicionan a la estructura desde la etapa de diseño. La principal desventaja de este tipo de aislamiento está en la  limitación de eliminar sólo las vibraciones en el rango de frecuencia para la cual fue calculado, por lo cual puede resultar ineficiente o inestable si el rango de cambia. Adicionalmente, los aisladores pasivos tienen dos restricciones negativas.La primera de ellas, es que el soporte seleccionado debe soportar la carga estática de la máquina, y la segunda es que el soporte debe tener una rigidez lo suficientemente baja para que la frecuencia de resonancia de la máquina, montada sobre los soportes aislantes, sea considerablemente menor que la frecuencia de operación de la máquina.
Una opción para evitar estas restricciones es adicionar unsistema de control activo en serie o en  paralelo con soportes convencionales de control de vibración pasivos. El sistema se vuelve mucho más confiable ya que si el sistema de control de vibración activo falla, el sistema de soporte pasivo continúa funcionando.
2.- Aspectos generales de un sistema  controlado por aislamiento activo.
El control activo involucra es uso de una fuente de energíaexterna, sensores, actuadores y algún tipo de sistema de control electrónico con el objeto específico de reducir o mantener los niveles de vibración dentro de los márgenes definidos previamente.
Este procedimiento ha adquirido un importante impulso en los últimos años, por ejemplo, en la industria automotriz mediante la aplicación de la suspensión inteligente o suspensión activa. Este desarrollo hatraído como consecuencia la permanente investigación y aplicación de nuevos métodos de control y sistemas tecnológicos, tales como controladores P, redes neuronales, controladores fuzzy y control adaptativo entre los principales.
Un sistema de aislamiento activo de vibraciones puede considerarse como un sistema en el cual las fuerzas disipativas son recalculadas continuamente para obtener lascaracterísticas de funcionamiento deseadas.
Las ventajas principales son:
* Suministran o disipan energía cuando se requiere.
* Permiten atenuar vibraciones en un rango amplio de frecuencias.
* Toleran diferentes tipos de perturbaciones.
La figura 1 muestra un sistema de aislamiento activo que utiliza potencia hidráulica. Un sensor registra los movimientos en la masa m y envía...