Comparative analysis of semi-active control algorithms applied to magnetorheological dampers

Análisis comparativo de algoritmos de control semi-activo aplicados a amortiguadores magnetoreológicos

En este artículo se analiza numéricamente la eficiencia y el desempeño de tres diferentes algoritmos de control semiactivo que tienen la función de calcular y administrar las fuerzas óptimas de amortiguamiento que deben ser generadas por un par de amortiguadores magnetoreológicos instalados en una estructura de dos niveles. Los algoritmos semi-activos empleados son el regulador lineal cuadrático (LQR), asociado al algoritmo clipped optimal y dos algoritmos fundamentados en sistemas inteligentes: un algoritmo basado en un modelo de predicción y en un modelo inverso dinámico construidos por medio de redes neuronales artificiales de tipo NARX y un algoritmo de toma de decisiones basados en lógica difusa. Adicionalmente, la actuación de los algoritmos de control semi-activo propuestos es comparada con el desempeño de los dispositivos de control utilizados de forma pasiva. Los resultados obtenidos mostraron en todos los casos analizados, valores de reducción de respuesta superiores a 50% para todas las estrategias de control semiactivo empleadas, superando ampliamente el desempeño del control pasivo analizado. De esta forma fue posible confirmar que las tres estrategias de control desarrolladas demostraron ser herramientas eficientes, robustas y confiables para ser utilizadas como administradoras de amortiguadores magnetoreológicos.

INTRODUCCIÓN

El control estructural es un método para reducir la demanda de interrupción de energía en los componentes estructurales mediante la alteración de las propiedades mecánicas estructurales. En la bibliografía, el control estructural suele clasificarse en cuatro subtipos: control pasivo, control activo, control híbrido y control semiactivo [1-3]. Los dos primeros -control pasivo y activo- representan teorías de control opuestas; los sistemas pasivos no requieren fuentes de energía externas para disipar la energía en el sistema, mientras que los sistemas activos dependen de la inyección de grandes cantidades de energía para introducir fuerzas en los sistemas estructurales controlados. En cambio, las estrategias de control híbrido y semiactivo se sitúan entre los sistemas activos y pasivos, utilizando algunas de las propiedades y ventajas de cada uno [4-7].

En los sistemas híbridos, el control se consigue mediante una combinación de las funcionalidades de los sistemas pasivos y activos: Los dispositivos se programan para actuar inicialmente de forma pasiva, y sólo se comportan de forma diferente cuando las capacidades del sistema pasivo se ven superadas por las exigencias de la estructura excitada que actúa. En este caso, se introduce una fuerza externa en el sistema para mejorar el rendimiento del dispositivo de control [2]. Los sistemas de control semiactivos también funcionan de forma diferente, modificando las propiedades del sistema controlado mediante la inserción de pequeñas cantidades de energía y permitiendo que el sistema funcione con fuentes portátiles de energía externa, como las baterías [6, 8-9].