Điều khiển bộ cách ly dao động bằng thuật toán skyhook

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - DƢƠNG ĐỨC CHIẾN ĐIỀU KHIỂN BỘ CÁCH LY DAO ĐỘNG BẰNG THUẬT TOÁN SKYHOOK LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - DƢƠNG ĐỨC CHIẾN ĐIỀU KHIỂN BỘ CÁCH LY DAO ĐỘNG BẰNG THUẬT TOÁN SKYHOOK Chuyên Ngành : Cơ học vật rắn Mã số : 8440109.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÃ ĐỨC VIỆT Hà Nội – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung, số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Ký tên Dương Đức Chiến LỜI CẢM ƠN ron su t qu tr n Đại c t p rèn luyện rườn Đại c K oa H c ự N iên- c Qu c Gia Hà Nội,bằn biết ơn kín tr n ,em xin ửi lời cảm ơn c ân t àn đến Ban Gi m iệu,c c p òn ,k oa t uộc rườn Đại Nhiên-Đại c K oa H c ự c Qu c Gia Hà Nội c c Gi o sư,P.Gi o sư, iến sĩ n iệt t n ướn dẫn, iản dạy tạo m i điều kiện t u n lợi iúp đỡ em tron su t qu tr n c t p,n iên cứu oàn t iện đề tài n iên cứu k oa c Đặc biệt,em xin bày tỏ lòn biết ơn sâu sắc tới PGS S.Lã Đức Việt,n ười t ầy trực tiếp ướn dẫn, iúp đỡ em tron qu tr n t ực iện đề tài uy n iên điều kiện năn lực t ân ạn c ế,đề tài n c ắc c ắn k ôn tr n k ỏi n ữn t iếu sót.Kín mon n kiến c c t ầy cô i o,bạn bè đồn n iệp để n iên cứu k oa n đón óp ý iên cứu em oàn t iện ơn Em xin trân tr n cảm ơn! Hà Nội,29 t c n 11 năm 2018 c iả Dươn Đức C iến MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: LÝ THUYẾT VỀ BỘ CÁCH LY DAO ĐỘNG THỤ ĐỘNG 1.1 Tổng quan cách ly dao động 1.2 Cách ly lực truyền tới móng 10 1.3 Cách ly dao động với chuyển động 12 1.4 Cách ly va đập 17 1.5 Kết luận chương I 20 CHƢƠNG II: BỘ CÁCH LY DAO ĐỘNG DẠNG BÁN CHỦ ĐỘNG 22 2.1 Tổng quan 22 2.2 Các thiết bị bán chủ động 25 2.3 Cản bán chủ động so sánh với cản thụ động 27 2.4 Điều khiển skyhook 29 2.5 Điều khiển bật tắt tốt lý thuyết 36 2.6 Kết luận chương II 42 CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH GIẢI TÍCH THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN SKYHOOK 43 3.1 Đặt tốn 43 3.2 Lời giải giải tích 45 3.3 Kiểm tra tính đứng đắn lời giải giải tích 51 3.4 Những kết luận rút từ lời giải giải tích 54 3.5 Đáp ứng với kích động di tần tuyến tính 59 3.6 Kết luận chương III 63 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 MỞ ĐẦU Cách ly dao động cần thiết trường hợp thiết bị nhạy cảm với dao động đỡ bị dao động Một số ví dụ cho trường hợp tương ứng với kính viễn vọng tàu vũ trụ, cơng cụ máy xác phân xướng hay ghế hành khách ô tô Cách ly dao động dạng thụ động sử dụng rộng rãi để đỡ thiết bị bảo vệ khỏi dao động Tuy nhiên cách ly dạng thụ động kinh điển chịu thỏa hiệp cố hữu cách ly tần số cao với khuếch đại dao động tần số cộng hưởng giá đỡ Điều thể qua tồn điểm cố định đồ thị đáp ứng tần số mà tỷ số truyền khơng thể thay đổi cách ly dạng thụ động Để khắc phục hạn chế cách ly thụ động, người ta phát triển cách ly dạng bán chủ động Đây công nghệ sử dụng cảm biến để đo dao động, sử dụng điều khiển để phân tích dao động sinh tín hiệu điều khiển gửi đến cản điều chỉnh độ cản cách nhanh chóng Một thuật tốn phổ biến hiệu để điều khiển cản bán chủ động thuật toán bật tắt skyhook Tuy nhiên cách ly dao động với thuật tốn bật tắt skyhook khơng có lời giải giải tích phần lớn phân tích khứ phương pháp số Luận văn trình bày lời giải giải tích xấp xỉ cho cách ly dao động bán chủ động điều khiển thuật tốn bật tắt skyhook Lời giải giải tích đưa kết luận hữu ích cho điều khiển Mục tiêu, đối tượng phương pháp nghiên cứu luận văn bao gồm: Mục tiêu luận văn đưa lời giải giải tích đáp ứng cách ly dao động điều khiển thuật toán bật tắt skyhook Trên phương diện lý thuyết, mục tiêu luận văn đưa công thức giải tích dẫn kết luận hữu ích từ cơng thức Trên phương diện mơ số, mục tiêu luận văn chứng tỏ độ tin cậy lời giải giải tích Đối tƣợng nghiên cứu luận văn cách ly dao động hệ dao động bậc tự do, điều khiển thuật toán bật tắt skyhook Về phƣơng pháp nghiên cứu, luận văn sử dụng phương pháp cân điều hòa kỹ thuật tịnh tiến thời gian để tìm nghiệm giải tích dạng đơn giản Thơng qua mô số phần mềm Matlab đánh giá độ tin cậy lời giải Nội dung luận văn bao gồm phần mở đầu, kết luận ba chương bao gồm: Chƣơng Lý thuyết cách ly dao động thụ động: Chương trình bày tổng quan lý thuyết cách ly dao động dạng thụ động Những hạn chế cách ly thụ động làm rõ để tiền đề cho phát triển cách ly dạng bán chủ động Chƣơng Bộ cách ly dao động dạng bán chủ động: Chương trình bày tổng quan số thuật toán điều khiển cách ly dạng bán chủ động Chƣơng Phân tích giải tích thuật tốn điều khiển skyhook: Chương đưa lời giải giải tích tốn với kết luận hữu ích rút từ lời giải Các tính tốn số thực để khẳng định độ tin cậy lời giải giải tích Kết luận chung Trình bày kết thu luận văn CHƢƠNG I: LÝ THUYẾT VỀ BỘ CÁCH LY DAO ĐỘNG THỤ ĐỘNG 1.1 Tổng quan cách ly dao động Cách ly dao động quy trình mà theo hiệu ứng khơng mong muốn dao động giảm [3] Về bản, liên quan đến việc chèn thành phần đàn hồi (hoặc cách ly) khối lượng dao động (hoặc thiết bị tải trọng) nguồn dao động để độ giảm đáp ứng động lực hệ thống đạt điều kiện xác định kích thích dao động Một hệ thống cách ly gọi chủ động thụ động phụ thuộc vào việc có cần nguồn điện bên để cách ly thực chức hay khơng Một cách ly thụ động bao gồm thành phần đàn hồi (độ cứng) tiêu tán lượng (độ cản) Ví dụ cách ly thụ động bao gồm lò xo kim loại, xốp, lò xo khí nén lò xo đàn hồi (cao su) Hình cho thấy giá đỡ lò xo khí nén điển hình sử dụng cách ly thụ động hình minh họa việc sử dụng cách ly thụ động máy dập tốc độ cao Hình 1: (a) Bệ lò xo khơng cản; (b) Bệ lò xo có cản; (c) Bệ cao su khí nén Hình 2: Máy dập tốc độ cao gắn giá đỡ cao su khí nén Cách ly dao động hai loại tình (hình 3) Trong loại đầu tiên, máy rung bảo vệ khỏi lực cân lớn Trong loại thứ hai, hệ thống bảo vệ khỏi chuyển động Hình 3: Bộ cách ly dao động Loại cách ly sử dụng khối lượng (hoặc máy) chịu lực kích thích Ví dụ, rèn dập ép, lực đẩy lớn tác động lên đối tượng rèn ép Những tác động truyền đến đế máy rèn dập, làm hỏng khơng móng mà làm hỏng kết cấu máy móc xung quanh gần Chúng gây khó chịu cho người vận hành máy Tương 51 - Nếu điều kiện (105) khơng thỏa mãn lặp lại tồn q trình với việc đổi vị trí ζh ζl phương trình 3.3 Kiểm tra tính đứng đắn lời giải giải tích Ta kiểm tra tính tốn mục cách so sánh với kết tính tốn số báo [2] Đoạn mã để vẽ đáp ứng tần số giải tích cách ly dao động điều khiển thuật toán bật tắt skyhook cho sau: function mainfun w=1;mien=[0.1 5]; si_h=1.5;si_l=0.5;fplot(@tstruyen,mien,[],[],[],w,si_l,si_h); set(findobj(gca,'type','line'),'linewidth',3,'color','k'); xlabel('Normalised Frequency');ylabel('Transmissibility'); set(gca,'FontName','Times New Roman','FontSize',13,'xlim',[0 5],'ylim',[0.2 1.2]); function k=tstruyen(om,w,si_l,si_h) t2=fzero(@phuongtrinh,[0 pi/om],[],w,si_l,si_h,om); temp2=-2*w*(om*(si_h-si_l)*t2/pi+si_l+(si_h-si_l)*(-sin(2*om*t2))/2/pi)/om; if temp2