Mục tiêu nghiên cứu
Mụctiêu của nghiên cứu này là pháttriển một cấu hình cần điều khiển 3D phản hồi lực.
• Hệ thống có khảnăng phản hồi chính xác lực 3D lên tayngười điều khiển.
• Giảm thiểu tối đa ảnh hưởng của lực ma sát lên tay người điều khiển.
• Đánh giákhảnăng đáp ứngcủa hệthống phản hồi lực.
Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Cách tiếp cận
Nghiên cứu các loại phanh MRF dạng dĩa trước đây giúp xác định những ưu điểm và hạn chế của chúng, từ đó tạo cơ sở cho việc phát triển một cấu hình phanh mới Việc phân tích các nghiên cứu trước sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu suất và độ tin cậy của phanh, đồng thời mở ra hướng đi cho các cải tiến trong thiết kế và công nghệ phanh.
• Tổng quan các nghiên cứu về hệ thống phản hồi lực Từ những nghiên cứu đã có xâydưng 1 cơ cấu phản hồi lực mới.
• Tính toán tối ưu phanh bằng phương pháp TLBO tìm ra moment phanh và khối lượng phanh phù hợp cho cơcấu.
Kiểm chứng kết quả tính toán tối ưu của hệ thống phanh, bao gồm chế tạo phanh và đồ gá thí nghiệm, là bước quan trọng trong quá trình phát triển Nghiên cứu nhằm tìm ra hàm đáp ứng cho từng trục của cần điều khiển 3D phản hồi lực, giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác của hệ thống.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích và kế thừa.
- Phương pháp phần tử hữu hạn.
- Phương pháp tối ưu, tìm ra 1 phanh có kích thướcnhỏnhất và moment lớn nhất.
- Phương pháp thựcnghiệm để kiểm tra và đánhgiá lại kết quả mô phỏng.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Giới thiệu lưu chất MRF
Lưu chất từ biến (MRF) là một loại chất lỏng có khả năng thay đổi tính chất lưu biến dưới tác động của trường từ MRF bao gồm các hạt nhỏ được phân tán trong một chất lỏng dẫn điện Khi trường từ được áp dụng, các hạt này tổ chức lại, tạo thành cấu trúc thứ tự và làm tăng đáng kể độ nhớt của lưu chất Quá trình này được gọi là "cứng hóa từ tính", biến MRF thành một chất lỏng có độ nhớt cao hoặc dạng sệt.
Lưu chất từ biến (MRF) được phát minh bởi Rabinow J vào những năm 1940 và đã trải qua sự phát triển đáng kể trong thập kỷ 1980 và 1990 Ban đầu, MRF chủ yếu được ứng dụng trong lĩnh vực quân sự, bao gồm các hệ thống giảm chấn rung cho phương tiện quân sự và thiết bị giảm chấn cho vũ khí cùng phương tiện tàng hình.
MRF (chất lỏng biến đổi) đã được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp và kỹ thuật Các nhà khoa học đã phát triển nhiều loại MRF mới với các tính chất lưu biến khác nhau, có thể điều khiển bằng từ trường, ánh sáng hoặc nhiệt độ Những loại MRF này được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm hệ thống giảm chấn rung cho ô tô, thiết bị giảm chấn rung trong công nghiệp, thiết bị y tế, hệ thống treo cho trực thăng, cũng như trong lĩnh vực robot học và tự động hóa.
Hiện nay, MRF được xem là một trong những vật liệu thông minh tiên tiến nhất, với tiềm năng ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
1.2.1 Thành phần cấu tạo nên chất lưu biến từ (MRF)
MRF bao gồm hai thành phần chính: hạt từ tính và chất lỏng nền, cùng với các chất phụ gia được thêm vào để giảm khả năng lắng đọng của các hạt sắt từ tính trong chất lưỡng tính Hình 1.1 minh họa cấu trúc của MRF.
Hình 1.1 Thành phầncấu tạo nên chất lưu biến từ (MRF) ỉ 2.ỉ ỉ Các hạt từ tính củ a MRF:
Các hạt từ tính trong MRF, được chế tạo từ các hợp chất như magnetit (Fe3O4) hoặc ferrite (BaFel2O19), có kích thước từ 1 đến 100 micromet Những hạt này đóng vai trò quan trọng trong quá trình cứng hóa từ tính, khi một trường từ được áp dụng, chúng sẽ tổ chức lại và tạo thành cấu trúc thứ tự, dẫn đến sự gia tăng đáng kể độ nhớt của lưu chất Độ nhớt của MRF có thể tăng lên hàng trăm lần so với trạng thái ban đầu, tùy thuộc vào loại, kích thước và nồng độ của hạt từ tính Tuy nhiên, các hạt này có thể mất tính từ tính nếu bị nhiễm từ trường quá mạnh, gây suy giảm tính ổn định và tuổi thọ của MRF Do đó, việc lựa chọn và quản lý hạt từ tính một cách cẩn thận trong quá trình sản xuất và sử dụng là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của MRF.
Magnetic Rheological Fluids (MRF) có thể được chế tạo từ nhiều loại chất lỏng nền khác nhau như diester, polyoxyalkylen, silicon fluorua, dầu silicon, dầu khoáng, dầu paraffin, chất lỏng thủy lực, halogen, nước và dầu hydrocarbon tổng hợp Trong các nghiên cứu trước đây, các hạt từ tính đã được phân tán trong các chất lỏng như chất làm lạnh, dầu hydrocarbon, dầu silicon và các chất lỏng clo, fluorua Tuy nhiên, sự lắng đọng của các hạt từ tính đã gây ra sự giảm ổn định trong hành vi của MRF Để khắc phục hiện tượng này, các sản phẩm MRF mới dựa trên phanh nhớt liên tục đã được phát triển, giúp cải thiện tính ổn định của chất lỏng MRF hỗn hợp đã được giới thiệu bởi Pan và các đồng nghiệp.
Bằng cách kết hợp gelatin, các hạt sắt và chất lỏng nền, nghiên cứu đã chứng minh rằng phản ứng MRF trong hỗn hợp này có hiệu suất cao hơn so với việc sử dụng chỉ bột cacbonil sắt nguyên chất Chất lỏng cơ bản trong MRF thường dẫn điện, cho phép nó tương tác với từ trường để kích thích các hạt từ tính bên trong Một số loại chất lỏng nền thông dụng trong MRF bao gồm
Glycerol là một chất lỏng không độc hại, có độ nhớt cao và được sử dụng rộng rãi trong y tế và thực phẩm Với khả năng dẫn điện tốt, glycerol trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng trong MRF.
Silicone oil là một chất lỏng không màu, không mùi và không độc hại, nổi bật với khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn Với độ nhớt thấp hơn glycerol, silicone oil tạo ra một loại MRF có độ nhớt thấp hơn, mang lại nhiều ứng dụng trong công nghiệp.
Dodecane là một chất lỏng hữu cơ, không màu, không mùi và không độc hại, với độ bền nhiệt cao So với glycerol, dodecane có độ nhớt thấp hơn, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu độ nhớt thấp.
Việc lựa chọn chất lỏng nền phù hợp cho MRF là rất quan trọng để tối ưu hóa tính chất lưu biến và đáp ứng yêu cầu của từng ứng dụng Khi các hạt từ tính trong MRF lắng đọng, tính chất lưu biến sẽ suy giảm, ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống Để giảm thiểu hiện tượng lắng đọng, các nghiên cứu đã phát triển MRF mới với tính ổn định cao hơn Đặc biệt, nhóm nghiên cứu của Pan và đồng nghiệp đã giới thiệu MRF hỗn hợp, kết hợp giữa các hạt sắt, gelatin và chất lỏng nền, cho thấy hiệu suất xuất sắc ở cường độ từ trường thấp và độ ổn định vượt trội so với bột carbonyl sắt nguyên chất.
Các chất phụ gia thường được bổ sung vào MRF để giảm thiểu sự lắng đọng của các hạt từ tính trong lưu chất Những chất phụ gia này có thể bao gồm nhiều loại khác nhau, nhằm cải thiện hiệu suất và ổn định của hệ thống.
Chất phân tán là các hợp chất được thêm vào lưu chất nhằm nâng cao khả năng phân tán của các hạt từ tính trong MRF Những chất phân tán phổ biến thường bao gồm các polymer như polyvinyl alcohol (PVA) và polyethylene glycol (PEG), cùng với các chất hoạt động bề mặt như sodium dodecyl sulfate (SDS).
Chất định hình là các hợp chất được bổ sung để tạo ra mạng lưới liên kết giữa các hạt từ tính trong MRF, giúp duy trì tính ổn định của chúng Các polymer như PVA và cellulose acetate là những chất định hình phổ biến thường được sử dụng.
Cơ SỞ LÝ THUYẾT
Các đặc tính cơ bản của MRF
Tính chất từ tính tĩnh của MRF là yếu tố quan trọng trong các ứng dụng điều khiển và giảm chấn, với mối quan hệ giữa mật độ từ thông (B) và cường độ từ trường (H) được thể hiện qua đường cong từ tính Tính chất này cho phép dự đoán độ trễ của MRF khi phản ứng với từ trường Để xây dựng mô hình dự đoán hành vi của MRF, các chuỗi hạt từ tính được sắp xếp theo hướng của đường sức từ, với khoảng cách giữa các hạt liền kề thay đổi khi MRF biến dạng Mô hình này đơn giản và dựa trên việc các chuỗi hạt hình thành từ các khối nhỏ hơn có cấu trúc hình trụ Dưới tác động của ứng suất trượt, các chuỗi này có thể biến dạng và bị phá vỡ, do đó, việc thiết lập các phương trình chuyển động của từng hạt dưới tác động của từ trường là cần thiết để đánh giá tính chất tổng thể của MRF.
Hình 2.1 Sơ đồ biểu diễn sựhên kết của các hạt từtrong MRF [20].
Magnetic Rheological Fluid (MRF) có đặc tính nổi bật là khả năng cho phép từ trường đi qua, được mô tả bởi độ từ thẩm U Độ từ thẩm p thể hiện mối quan hệ giữa mật độ từ thông (B) và cường độ từ trường (H) trong vật liệu Nhờ vào tính chất này, MRF có thể thay đổi độ nhớt và độ cứng dưới tác động của từ trường bên ngoài, làm cho nó trở thành một chất lưu có khả năng kiểm soát và thích ứng trong các ứng dụng công nghiệp và điều khiển.
Trong đó các thành phần ở côngthức trên bao gồm: B: mật độ từ thông (Teslay, H\ cường độ từtrường (KA/my, ỊẢ\ độ từ thẩm.
Độ từ thẩm không phải là một hằng số cố định, mà là một hàm phi tuyến thể hiện mối quan hệ giữa từ trường B và cường độ trường H Hình 2.2 minh họa rõ ràng mối quan hệ này, với hai trường hợp cụ thể: a) mối quan hệ B-H của thép và b) mối quan hệ B-H của MRF.
Mô hình toán của MRF
Ứng suất trượt là yếu tố quan trọng gây ra lực ma sát giữa các hạt sắt dưới tác động của trường từ Nó cũng xảy ra ở mức vi mô, giữa các phân tử trong chất lưu, ảnh hưởng đến trạng thái và độ nhớt của lưu chất Để mô tả ứng suất trượt của lưu chất, chúng ta sử dụng định luật Herschel-Bulkley, một mô hình toán học biểu diễn sự biến đổi độ nhớt của lưu chất dưới tác động của ứng suất trượt Định luật Herschel-Bulkley có thể được biểu diễn bằng phương trình: n.
• T là ứng suất trượt tại một thời điểm
• T q làgiátrị ứng suất trượt tối thiểu
• y là tốc độ biến dạng trượt (tốc độ biến dạng củalưu chất)
Theo định luật Herschel-Bulkley, độ nhớt của lưu chất tăng khi ứng suất trượt tăng Chỉ số độ nhớt n, hay còn gọi là chỉ số độ dẻo, phản ánh mức độ dẻo của lưu chất Giá trị của n dao động từ 0 đến 1; giá trị nhỏ hơn cho thấy lưu chất dễ chịu ứng suất trượt hơn Khi n = 1, lưu chất được coi là chất đàn hồi hoàn toàn, trong khi n = 0 biểu thị lưu chất như một chất lỏng hoàn toàn.
Định luật Herschel-Bulkley là công cụ quan trọng trong việc mô hình hóa và dự đoán hành vi của lưu chất trong các ứng dụng điều khiển và giảm chấn Nó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về độ nhớt và độ dẻo của lưu chất dưới tác dụng của ứng suất trượt Tốc độ trượt (shear velocity) được định nghĩa là tỷ số giữa vận tốc của bề mặt chuyển động trong dòng chảy và chiều rộng mặt trượt ngang, có thể tính bằng công thức: u = du / dy.
• dulà vận tôc trượt của bê mặtchuyên động
• dy là chiều dày của bềmặt trượtngang của dòng chảy
Tốc độ trượt là một đại lượng quan trọng trong việc định lượng và mô tả biến đổi của ứng suất trượt trong dòng chảy Nó đóng vai trò then chốt trong các mô hình toán học, đặc biệt là trong việc mô tả sự biến đổi độ nhớt của chất lỏng theo định luật Herschel-Bulkley.
Hình 2.3 Dòng chảy của lưu chất - MRF giữa hai bề mặt [22].
Hình 2.4 Trạng thái lỏng của các lưu chất [22].
Chất lỏng Newton là loại chất lỏng phổ biến, đặc trưng bởi mối quan hệ tuyến tính giữa ứng suất trượt và tốc độ trượt Điều này có nghĩa là ứng suất trượt thay đổi tỷ lệ thuận với tốc độ trượt Chất lỏng này thể hiện hành vi tương tự như nước hoặc dầu, trong đó các phân tử có khả năng di chuyển tự do và phản ứng theo quy luật tuyến tính khi bị tác động bởi lực trượt.
Trong chất lỏng Newton, chỉ số độ nhớt n bằng 1, dẫn đến ứng suất trượt đồng nhất tại mọi điểm trong dòng chảy Do đó, phương trình (2-2) trong lý thuyết chất lỏng được điều chỉnh tương ứng.
• [Ả là độ nhớt động học của chấtlỏng,
• duídy làtốc độ trượtcủachất lỏng.
Chất lỏng phi Newton là loại chất lỏng mà mối quan hệ giữa ứng suất trượt và tốc độ trượt không tuân theo quy tắc tuyến tính, dẫn đến sự xuất hiện của ứng suất chảy.
Chất lỏng trượt mỏng (pseudo-plastic) là loại chất lỏng có đặc điểm là ứng suất trượt tăng lên khi tốc độ trượt tăng, nhưng tốc độ gia tăng của ứng suất trượt sẽ giảm dần theo tốc độ trượt Mô hình này được xác định khi chỉ số độ nhớt n và ứng suất chảy Tữ nằm trong khoảng 0 < n < 1 và To > 0 Do đó, phương trình trong lý thuyết chất lưu sẽ trở thành:
• T q là ứng suất trượt tối thiểu
• duỉdy làtốc độ trượtcủachất lỏng
Trong lưu chất trượt dày, tốc độ trượt không tỷ lệ tuyến tính với ứng suất trượt Khi tốc độ trượt gia tăng, ứng suất trượt cũng tăng nhanh hơn, cho thấy rằng sự tách rời giữa các hạt trong chất lỏng diễn ra mạnh mẽ, dẫn đến sự đẩy lẫn nhau giữa các hạt và làm tăng ứng suất trượt.
Mô hình dẻo Bingham là một khía cạnh trong lý thuyết chất lưu Herschel-Bulkley, trong đó tốc độ trượt tăng tuyến tính theo ứng suất áp dụng, tương tự như chất lỏng Newton Sự khác biệt chính giữa mô hình dẻo Bingham và chất lỏng Newton là ứng suất cần thiết để bắt đầu quá trình dòng chảy, gọi là ứng suất chảy Tq Mô hình này đạt được khi chỉ số ứng xử dòng chảy n bằng 0 và ứng suất chảy Tq = 0 Khi đó, phương trình trở thành T = T0 + KỴ Ứng suất chảy giữ cho lưu chất có “hình dạng”, cho phép nó hoạt động như một chất lỏng tiêu chuẩn khi ứng suất tác dụng vượt qua ứng suất trượt.
Mặc dù MRF được coi là chất lỏng phi Newton do khả năng thay đổi độ nhớt dưới tác động của từ trường, nhưng khi không có từ trường, nó hoạt động như chất lỏng Newton thông thường Dưới ứng suất trượt, MRF tuân theo mô hình dẻo Bingham, với hệ số nhất quán K tương ứng với độ nhớt LL Do đó, phương trình ứng suất trượt của MRF có dạng: r = r0 + /// (2-6).
Các thông số năng suất của MRF, như độ nhớt, hệ số nhất quán và chỉ số ứng xử dòng chảy, thường được coi là hằng số và không bị ảnh hưởng bởi từ trường Tuy nhiên, thực tế cho thấy rằng tác động từ trường có thể gây ra những thay đổi nhỏ cho các thông số này Những tính chất biến đổi của MRF dưới tác động từ trường có thể được xấp xỉ thông qua một phương trình nhất định.
Vói 7: Các thôngsốlưu biến củaMRF (-T, p).
Yữ‘ Các thông số lưu biến trong điều kiện không từ trường (Tữ, ỊẤữ).
Yô> : Cỏc thụngsố lưu biếntrong điều kiện bảo hũa(Tro ,/C)-
B: Mật độ trường tác dụng vào MRF. aSỴ: Chỉ sốthời điểmbão hòa của tham số Y.
Bảng 2.1 Tính chất lưu biến của MRF [24].
Loại mô hình MRF-132DG
Mô hình dẻoBingham Bo = ỒApa.s-, =3.8pa.s-, asụ = 4.5T-1 ĩy0=ỉ5pa; Ty^- 40000pa; astỵ = 2.9T~ỵ
Tính toán mô men ma sát trong rãnh MRF
Để tính toán mô men ma sát do Dung dịch Nhớt Từ (MRF) gây ra, cần xem xét một mô hình phanh đơn giản hình đĩa, như minh họa trong Hình 2.5 Mô men được xác định tại các vị trí (1), (2), và các vùng lân cận.
(3), như được biểu thị trongHình 2.4.
”"1 Thân phanh n Cuộn dây Đĩa phanh
Hình 2.5 Mô hình phanhMRFcó rotor dạng hình răng.
(1): Vị trí rãnh lưu chất có biên dạng thẳng
(2): Vị trí rãnh lưu chấtmặttrụ ngoài
(3): Vị trí rãnh lưu chấtcó biên dạng nghiêng Đe đơn giản hóaviệc phân tích và tính toán mô men do MRF gây ra, taáp dụng các giả định sau:
• Dòng chấtlưu không bị nén và di chuyển ổn định theo từng lớp.
• Bỏ qua tác độngcủa lực ly tâm vàtrọng lực của các phần tử MRF.
• Vận tốc hướngkính và hướng tâm đều bằng không.
• Chất lưu được coi như tiếp xúc hoàn toàn với bề mặt dĩa và không bịtrượt.
Từ đó, công thức mô men phanh MRF có roto hình răng được xác đinh bằng công thức sau:
2.3.1 Mô men ma sát trên rãnh mặt trong (1) và mặt ngoài (2)
Từ Hình 2.5 và 2.6, có thể nhận thấy rằng đĩa quay hoạt động với tốc độ Cỡ (rad/s), trong khi vị trí của vỏ và đĩa phanh được lấp đầy bằng chất lưu biến từ (MRF) Cần lưu ý rằng cuộn dây sẽ được gắn lên vỏ ở mỗi bên.
Các thông số hình học cơbản của phang MRF bao gồm:
Ro', làbán kính ngoài của đĩa phanh
Bán kính trong của đĩa phanh (Ri) và chiều dày đĩa phanh (d) là các yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống phanh Khe MRF tại vị trí thân phanh có chiều dày (do) và tại mặt trụ ngoài có chiều dày (he) Cuối cùng, chiều cao của cuộn dây (be') và bề dày của cuộn dây cũng là những thông số cần lưu ý trong quá trình chế tạo.
J Đĩa phanh m Thân vỏ phanh
HỊ Lưu chất MR Trục phanh
Để xác định mô men ma sát của phanh MRF tại vị trí (1), cần xem xét một phần tử hình tròn nhỏ của MRF có đường kính dr trong khe hở lưu chất giữa đĩa và vỏ, như minh họa trong Hình 2.6 Mô men ma sát tức thời của phần tử này tác động lên phanh MRF và có thể được tính toán theo công thức: dT = -2xr²Tz8dr + 2nr²Ty dz.
• r : là bánkính của phầntừ MRFtại vị đang xét.
• Tre: là ứng suất gây ra lên đĩa phanh theo phươngbán kínhr.
• TZỹ: là ứng suất gây ra lên vỏ phanh theo phương z.
Mô men tạo ra từ khe hở lưu chấttác dụng lên một mặt của đĩa khi đó tínhbởi công thức sau [23,24]:
Tỉ = 'In P r2Tzỡ.dr+2nr2 r Trỡ.dz
Trong phanh dạng dĩa, khe hở lưu chất d thường rất nhỏ so với bán kính Ro của đĩa, dẫn đến ứng suất Tr8 tại đó cũng nhỏ hơn nhiều so với ứng suất trượt Tze theo phương z Điều này cho phép sử dụng các phương pháp tính toán để ước tính mô men ma sát tại các điểm cụ thể trên phanh Vì vậy, phương trình (2-7) có thể được trình bày lại một cách hợp lý.
Để đơn giản hóa quá trình tính toán, giả định rằng mật độ trường qua khe hở lưu chất là hằng số và sử dụng giá trị trung bình của nó Dựa trên giả định này, mô men phanh tại khe hở lưu chất có biên dạng thẳng theo mô hình dẻo Bingham có thể được xác định một cách chính xác.
Với: là độ nhớt của MRF, Ty là ứng suất trượtcủa MRF theo phươngy
Vị trí trụ mặt ngoài và kích thước khe hở MRF ảnh hưởng đến mô men ma sát Mô men ma sát do MRF tạo ra trên mặt trụ ngoài của đĩa được xác định bằng công thức cụ thể.
Trong đó: ĩc là ứng suất trượt tác dụng lên mặt ngoài của đĩa quay, jjc là độ nhớt của MRF tại vị trí mặt ngoài của đĩaquay.
2.3.2 Mô men ma sát tại vị trí khe hởMRF có dạng nghiêng Để rútra mô hình toán học của mô men xoắn phanh của phanhMR tại vị tríkhehở MRF có biên dạng nghiêng, một phần tử vòng nhỏ của MRF trong một rãnh nghiêng như trong hình 2.7 được xem xét mômen xoắn ma sát tác dụng lên phần tửnày cóthể được tính bằng công thức [25]: dT = rrdA= 'lĩĩr2zdl= 2ĩc(Rỵ+lsin(f>Ỷtdl (2-14)
Trong đó: j?i là bán kính thứ nhất của đầurãnh nghiêng. r làbánkính của phầntửvòng r=Ri+ỉsin Giai đoạn dạy (Teacher phase).
Giai đoạn của giáo viên mô phỏng quá trình giảng dạy, trong đó người xuất sắc nhất trong lớp được chọn làm giáo viên Nhiệm vụ của giáo viên là nâng cao mức độ tổng thể của lớp học Quá trình này nhằm tìm ra giá trị mới tốt hơn so với giá trị cũ, có thể được định nghĩa bằng công thức: Giá trị mới = Giá trị cũ + (Giá trị của giáo viên - Giá trị trung bình).
Xnew và Xold đại diện cho điểm số của cá nhân trước và sau khi học, trong khi Xteacher là vị trí của giáo viên, người xuất sắc nhất trong nhóm Xhiean thể hiện mức độ trung bình của các yếu tố trong quần thể, và T f là yếu tố quyết định sự thay đổi của giá trị trung bình Hàm rand là ngẫu nhiên, với giá trị của T f có thể là 1 hoặc 2, dựa trên kỹ thuật heuristics để giải quyết vấn đề, được xác định bằng công thức sau [29].
> Giai đoạn học (learner phase).
Thuật toán này mô phỏng quá trình học của sinh viên thông qua tương tác lẫn nhau Sinh viên có thể nâng cao kiến thức của mình thông qua thảo luận và tương tác với các bạn học khác Hiện tượng học này thể hiện sự quan trọng của việc giao tiếp trong quá trình học tập.
'xold +rand(Xrí -Xr2y if (f(Xrỉ) < f(Xr2y)
Xoid + rand{Xr2 - Xri); otherwise (2-21)
Trong quá trình học, việc so sánh giữa hai học viên ngẫu nhiên, Xr và Xfi, giúp xác định hướng học tập của họ Học viên có điểm thấp hơn sẽ được cải thiện thông qua việc học hỏi từ người có điểm cao hơn, từ đó nâng cao khả năng và kết quả học tập của mình.
Hình 2.9 thể hiện phương pháp tối ưu hóa dựa trên việc dạy học (TLBO) và đoạn chương trình củaphương pháp tối ưu hóaTLBO sẽ được trình bày sau đây.
Hình 2.9 Lưu đồ giải thuật TLBO
Tóm tắt đoạn chươngtrình theo phương pháp TLBO.
1 Xác định giátrị đầu vào
2 I: số vòng lặp tối đa (maximum iteration);
3 Pop: số lượng học viên trong lớp (Population size);
4 nVar: số lượng biến thiết kế
5 Định nghĩa hàm mục tiêu và các biến thiết kế
7 DVs: các biến thiết kế
8 Khởi tạo số lượng học viên ngẫu nhiên (N=l,2, nPop)
9 Tính toán hàm mục tiêu dựa vào các giá trị biến thiết kếban đầu;
10 Lựa chọn kết quả tốt nhất;
12 Tính toán giátrị trung bình của các học viên trong lớp;
13 Chọn ra giáoviên (dựa vào học viện có điểm trung bình cao nhất);
15 Xác định thông số TF (2-20);
17 Tính toán giá trị mới của OBJ;
18 Cập nhận giátrị tốt nhất của OBJ;
20 ForK=1 to nPop //Learner phase
21 Chọn 2 giátrị ngẫu nhiên trong lớp học (2 học viên bất kỳ);
24 Cập nhậtgiátrị mói tốtnhất của OBJ;
26 Cập nhận giá trị tốt nhất của OBJ;
29 Chọn rakếtkết quả tối ưu cuối cùng.
Co sở phưong pháp tối ưu hóa
3.1 Cấu hìnhvà nguyên lý hoạt động
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã áp dụng phanh MRF với rotor hình răng vào hệ thống điều khiển phản hồi lực 3D Cấu tạo và thông số hình học của phanh MRF được mô tả trong Hình 3.1 Rotor hình răng giúp giảm hiện tượng khắc cổ chai do từ trường bên trong phanh Đĩa phanh làm từ vật liệu từ tính được gắn trên trục quay không từ tính, đóng vai trò là rotor trong hệ thống phanh MRF, nằm trong vỏ phanh Để tạo ra trường từ ảnh hưởng đến chất lỏng MRF và thay đổi tính chất cơ học trong quá trình hoạt động, hai cuộn dây được đặt ở mỗi bên vỏ phanh, với khe hở giữa đĩa phanh và vỏ phanh được lấp đầy bằng chất lỏng MRF và hai dòng điện đối ngược được cấp vào mỗi cuộn dây, như mô tả trong Hình 3.1.
Hình3.1 Cấu hình của cần điềukhiển 3Dphản hồi lực.
THIẾT KẾ TỐI Ưu PHANH MRF
Cấu hình và nguyên lý hoạt động
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã ứng dụng phanh MRF với rotor hình răng vào hệ thống điều khiển phản hồi lực 3D Hình 3.1 mô tả cấu tạo và thông số hình học của phanh MRF, cho thấy rotor hình răng giúp giảm hiện tượng khắc cổ chai do từ trường Phanh sử dụng chất lỏng từ tính (MRF), với đĩa phanh làm từ vật liệu từ tính gắn trên trục quay không từ tính, tạo thành bộ phận rotor trong vỏ phanh Để tạo ra trường từ tác động lên MRF, hai cuộn dây được đặt ở hai bên vỏ phanh, với khe hở giữa đĩa phanh và vỏ phanh được lấp đầy bằng MRF, cùng dòng điện đối ngược được cung cấp cho mỗi cuộn dây như mô tả trong Hình 3.1.
Hình3.1 Cấu hình của cần điềukhiển 3Dphản hồi lực.
Phân tích mạch từ của phanh MRF
Quá trình phân tích mạch từ của hệ thống phanh sử dụng Magnetic Rheological Fluid (MRF) với rotor dạng răng đã được thực hiện bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) trong phần mềm ANSYS Chúng tôi đã sử dụng phần tử đối xứng trục (PLANE 13) để xây dựng mạch từ cho hệ thống phanh MRF theo đề xuất ban đầu, với hình 3.2a biểu diễn mạch từ trong phạm vi nghiên cứu Đặc biệt, độ từ thẩm 1.0 (tương đương với không khí) được áp dụng cho các thành phần như trục (inox) và cuộn dây (đồng), trong khi đặc tính từ của các thành phần từ tính (vỏ và đĩa) được xác định dựa trên đường cong B-H của thép C45 Đường cong B-H đại diện cho đặc tính từ của MRF được thể hiện qua công thức sau [31].
Trong đó, B (Tesla) là mật độ từ trường và H (A/m) là cường độ từ trường; độ từ thẩm của chân không làp0 = 4jĩ.1O'7Tm/A',