Desarrollo, modelado e instrumentación de estructuras flexibles para la cancelación activa de vibraciones

Résumé

Uno de los aspectos clave, desde el punto de vista tecnológico, que condiciona el diseño de sistemas aeroespaciales, es el hecho de emplear materiales muy ligeros, lo cual da lugar a estructuras muy flexibles que presentan grandes vibraciones ante pequeñas perturbaciones. Este hecho impide el posicionamiento preciso de los instrumentos instalados sobre dichas estructuras e influye sustancialmente en su vida útil. Por tanto, es evidente la importancia del desarrollo de estructuras instrumentadas que cuenten con sistemas de control activo capaces de cancelar de forma eficiente las vibraciones no deseadas. En esta tesis se han abordado fundamentalmente tres aspectos relacionados con el desarrollo de estructuras instrumentadas. El primero es la construcción de plataformas experimentales que sean representativas de sistemas aeroespaciales; en este sentido, se han construido tres plataformas: un robot flexible de un grado de libertad, una placa delgada de gran tamaño y una estructura articulada. El segundo de los aspectos es la caracterización dinámica de cada una de las estructuras. Para ello, es necesario considerar el empleo de actuadores y sensores, así como el posicionamiento de los mismos. Se han utilizado galgas extensométricas, acelerómetros, fibra de Bragg y piezoeléctricos como sensores y motores rotativos, motores lineales (excitador electromagnético), martillos de impacto y piezoeléctricos como actuadores. El tercer y último aspecto es el relacionado con el control activo de vibraciones; para ello, se han desarrollado dos esquemas de control para la cancelación activa de vibraciones en el robot flexible: uno en cadena abierta (basado en el moldeado de la trayectoria) y otro en cadena cerrada (basado en pasividad). En el diseño de ambos esquemas se evidencia la importancia que tienen las propiedades mecánicas de la estructura en el desarrollo de algoritmos de control y en la eficacia del sistema de control en su conjunto.