chương 1-mô hình hóa các hệ thống cơ (10 tiết)

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyểnCác phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển: 1-Các khối vật thể  Các khối vật thể là các vật thể có khối lượng.. 1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ

1 Mô hình hóa các hệ thống cơ

1.Mô hình hóa các hệ thống cơ

Giới thiệu

Các hệ thống cơ khí có thể chia làm hai loại:

 Các hệ cơ khí dịch chuyển (translational mechanical systems)

 Các hệ cơ khí quay (rotational mechanical systems)

1.1Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ bao gồm:

1. Các khối vật thể (masses)

2. Các lò xo (springs)

3. Các bộ giảm chấn/giảm xóc (dashpots/dampers)

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

1-Các khối vật thể

 Các khối vật thể là các vật thể có khối lượng

 Các khối này chuyển động dưới tác dụng của các

ngoại lực

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

2-Lò xo

 Lò xo tích trữ năng lượng khi bị tác động bởi lực kéo

hoặc nén Lò xo cứng và lò xo mềm có thể được tuyến tính hóa khi độ dịch chuyển là nhỏ so với điểm cân bằng

 Trong quá trình mô hình hóa, lò xo được giả thiết

không có khối lượng hay khối lượng của lò xo được

bỏ qua

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

2-Lò xo

 Đối vơi lò xo tuyến tính, độ dãn hoặc co của lò xo tỷ

lệ thuận và ngược chiều với lực tác dụng Do đó ta có:

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

2-Lò xo

 Lò xo khi bị kéo căng hoặc nén lại dưới tác động của

một lực sẽ tích lũy năng lượng được tính như sau:

Năng lượng lò xo tích lũy sẽ được giải phóng khi lò

xo được trả về vị trí cân bằng

(1.2)

2

1 2

E  ky

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

2-Lò xo

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

2-Lò xo

 Trong một số ứng dụng, các lò xo được mắc song song

hoặc nối tiếp với nhau

 Khi lò xo mắc song song với nhau, độ cứng tương

đương của cả hệ lò xo bằng tổng các độ cứng của các

lò xo

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

2-Lò xo

 Khi n lò xo mắc song song với nhau, độ cứng tương

đương của cả hệ lò xo bằng tổng các độ cứng của các

lò xo Do đó ta có:

1 2

k  k  k   k (1.3)

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

2-Lò xo

 Khi n lò xo mắc nối tiếp với nhau, nghịch đảo độ cứng

tương đương của cả hệ lò xo bằng tổng các nghịch đảo của độ cứng các lò xo Do đó ta có:

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

3-Bộ giảm chấn

 Một bộ giảm chấn (dashpot/damper) có thể được mô

hình như là một pít tông (piston) chuyển động trong một dung dịch nhớt của một xilanh

 Khi pít tông chuyển động sẽ làm dung dịch nhớt di

chuyển qua khe hở giữa pít tông và xi lanh

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

3-Bộ giảm chấn

Lực tác động lên pít tỷ lệ thuận với tốc độ dịch chuyển của pít tông và có chiều ngược với chiều chuyển động của pít tông Do đó ta có:

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

3-Bộ giảm chấn

2 2

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Các phần tử cơ bản của các hệ cơ khí dịch chuyển:

3-Bộ giảm chấn

Năng lượng được tích lũy trong khối vật thể khi vật thể chuyển động được gọi là động năng (kinetic energy) phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của khối vật thể như sau:

(1.7)

2

1 2

E  mv

Năng lượng này được giải phóng khi vật thể dừng chuyển động

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Ví dụ 1.1: Một hệ cơ khí dịch chuyển với một khối vật

thể, một lò xo và một bộ giảm chấn Một lực tác động vào hệ có chiều như hình dưới Xây dựng mô hình của

hệ thống (mô hình hóa hệ thống) Giả thiết mô hình có các thông số sau:

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Ví dụ 1.1: Sử dụng Matlab sau để khảo sát đáp ứng

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Ví dụ 1.1: Sử dụng Matlab Simulink sau để khảo

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Ví dụ 1.1: Sử dụng Matlab Simulink sau để khảo

sát đáp ứng đầu ra của hệ thống:

Đáp ứng hệ thống

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Ví dụ 1.2:

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Ví dụ 1.1:

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Ví dụ 1.2: Mô phỏng dùng Matlab Simulink

1 1

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Ví dụ 1.2: Mô phỏng dùng Matlab Simulink

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Ví dụ 1.2: Mô phỏng dùng Matlab Simulink

Độ dịch chuyển y1

1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ dịch chuyển

Ví dụ 1.2: Mô phỏng dùng Matlab Simulink

Độ dịch chuyển y2

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Các phần tử cơ bản của các hệ thống cơ quay:

1. Mô men quán tính (moment of inertia)

2. Lò xo xoắn (torsion spring)

3. Bộ cản quay (rotary damper)

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Các phần tử cơ bản của các hệ thống cơ quay:

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Các phần tử cơ bản của các hệ thống cơ quay:

1-Mô men quán tính

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Các phần tử cơ bản của các hệ thống cơ quay:

1-Mô men quán tính

Khi đó năng lượng được tích lũy trong khối vật thể như sau:

(1.9)

2

1 2

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Các phần tử cơ bản của các hệ thống cơ quay:

1-Lò xo xoắn

(1.10)

T  k 

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Các phần tử cơ bản của các hệ thống cơ quay:

E  k  (1.11)

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Các phần tử cơ bản của các hệ thống cơ quay:

2-Bộ cản quay

Bộ cản quay của một hệ thống tạo nên một mô men cản khi hệ thống quay Ví dụ một đĩa quay trong một môi trường chất lỏng làm xuất hiện một hiệu ứng cản quay (rotary damping effect)

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Các phần tử cơ bản của các hệ thống cơ quay:

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Ví dụ 1.3:

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Ví dụ 1.3:

2 2

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Ví dụ 1.3: Mô phỏng bằng Matlab Simulink

2 2

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Ví dụ 1.3: Mô phỏng bằng Matlab Simulink

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Ví dụ 1.3: Mô phỏng bằng Matlab Simulink

Đáp ứng đầu ra

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Ví dụ 1.4:

1.2 Mô hình hóa các hệ thống cơ quay

Ví dụ 1.4: Mô phỏng trong Matlab Simulink