Banco Prova ISAAC: in cosa consiste?
Il Banco Prova è un sistema progettato e sviluppato da ISAAC per studiare il comportamento di un edificio in scala, sottoposto a terremoti di intensità reale, sul quale sono installati sistemi di controllo attivo di tipo Active Mass Dampers (AMD).
Figura 1 – Banco Prova ISAAC
Il Banco Prova ISAAC è composto da quattro elementi principali.
1. Edificio in scala
Il telaio della struttura, interamente di alluminio, è formato da sei piani. Ogni piano è composto da sei colonne e da una piastra di alluminio, che costituisce un piano rigido.
Negli edifici reali la rigidezza è data in parte dagli elementi non strutturali (quali, ad esempio, le tamponature), che sono anche i primi elementi di un edificio che si danneggiano durante un evento sismico.
Al fine di simulare la presenza e la rottura delle tamponature, il Banco Prova è dotato di un sistema di tiranti in rame uniti da due mollette. La rigidezza viene calibrata regolando la tensione dei cavi in rame, mentre la rottura durante l’evento sismico è simulata con il distaccamento fra le mollette.
Figura 2 – Tiranti in rame che simulano il comportamento delle tamponature
Nella figura sottostante viene rappresentato l’aumento di rigidezza dato dalle tamponature in termini di aumento delle frequenze proprie rispetto alla struttura solo telaio. In particolare, si nota che il primo modo di vibrare della struttura passa da 2 a 4 Hz.
Figura 3 – Confronto tra le Funzioni di Risposta in Frequenza (FRF) della struttura con e senza le tamponature
2. Basamento e relativa movimentazione nelle due diverse direzioni dello spazio (x e y)
Il basamento è formato da tre piastre in alluminio connesse tra loro da guide lineari e azionate da due motori rotativi con trasmissione a vite senza fine per la conversione del moto da rotativo a lineare.
La Piastra y (indicata in figura) costituisce il piano di base dell’edificio, e può scorrere in modo indipendente nelle direzioni x e y a seconda del moto imposto dai motori.
Figura 4 – Basamento del Banco Prova
Il basamento costituisce una vera e propria tavola vibrante con cui è possibile simulare la legge di moto di qualunque sisma o vibrazione ambientale in modo combinato lungo le direzioni x e y.
3. Active Mass Dampers (AMD)
Gli Active Mass Dampers adottati per il Banco Prova sono quattro motori elettrici lineari (due per direzione). Ciascun AMD si muove seguendo la legge di moto che riceve dall’algoritmo di controllo all’interno del computer centrale.
Su ogni AMD è installato un accelerometro: l’accelerometro manda il segnale di accelerazione al computer centrale, il quale controlla in retroazione in tempo reale l’AMD secondo quanto definito dalla legge di controllo.
Figura 5 -AMD installati in copertura dell’edificio del Banco Prova
4. Sistema di controllo attivo: computer centrale (PLC), sensoristica e logiche di controllo
Il sistema di controllo attivo (composto da computer centrale, sensoristica e logiche di controllo) rappresenta il cuore del sistema complessivo.
Sulla struttura sono montati accelerometri biassiali, al tetto e alla base, che consentono di misurare l’accelerazione relativa della struttura rispetto alla base. Le informazioni provenienti dai sensori vengono mandate al computer centrale che elabora i segnali e genera la legge di controllo degli AMD, secondo la logica di controllo adottata.
Figura 6 – Sensori installati sull’edificio del Banco Prova (a sinistra) e computer centrale (a destra)
L’obiettivo del Banco Prova è quello di sviluppare, testare e migliorare il sistema di controllo attivo che viene implementato sui sistemi installati su edifici reali e di studiare la mutua interazione fra le macchine.
Particolare attenzione è rivolta alla parte software, ovvero algoritmi, logiche e interfacce utente implementati all’interno del computer centrale, quali:
- Algoritmi di controllo: algoritmi che, in base all’oscillazione dell’edificio misurata, generano la legge di controllo degli AMD.
- Logiche di accensione / spegnimento AMD: logiche che determinano l’accensione e lo spegnimento degli AMD in base all’accelerazione misurata dagli accelerometri; gli AMD si accendono quando viene rilevato un sisma / vibrazione di una certa intensità, e si spengono quando il sisma / vibrazione cessa.
- Logiche di esclusione accelerometri: logiche che permettono di rilevare se un certo accelerometro sia rotto o stia misurando un segnale anomalo rispetto alla misura di altri accelerometri installati nel medesimo punto (causato, ad esempio, da un oggetto estraneo che colpisce l’accelerometro). Quando un accelerometro viene identificato come rotto o viene rilevato un segnale anomalo, il segnale proveniente da tale accelerometro viene scartato.
- Interfaccia utente: interfaccia che permette all’operatore di testare e monitorare il funzionamento del sistema di controllo attivo in modo semplice, intuitivo e sicuro.
Autore: Andrea Codina
