Tối ưu hoá dòng năng lượng dao động trong điều khiển hệ port controlled hamiltonian

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phan Thị Trà My TỐI ƯU HĨA DỊNG NĂNG LƯỢNG DAO ĐỘNG TRONG ĐIỀU KHIỂN HỆ PORT-CONTROLLED HAMILTONIAN LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phan Thị Trà My TỐI ƯU HĨA DỊNG NĂNG LƯỢNG DAO ĐỘNG TRONG ĐIỀU KHIỂN HỆ PORT-CONTROLLED HAMILTONIAN Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 9520101 LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Lã Đức Việt TS Lưu Xuân Hùng Hà Nội – 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu kết trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Nghiên cứu sinh Phan Thị Trà My LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành hướng dẫn khoa học PGS.TS Lã Đức Việt TS Lưu Xuân Hùng Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy, người tận tâm giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy giảng dạy thời gian học chun đề khn khổ chương trình đào tạo Tiến sĩ, cán Học viện Khoa học Cơng nghệ, nhóm nghiên cứu Viện Cơ học giúp đỡ, hỗ trợ tài liệu, kinh nghiệm để hoàn thành luận án Xin gửi lời cảm ơn đến Viện Cơ học cán phòng Cơ học Cơng trình hỗ trợ tạo điều kiện thời gian cho tơi hồn thành luận án Cuối xin gửi lời cảm ơn đến gia đình tôi, người gần gũi động lực cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Tác giả Luận án Phan Thị Trà My MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN Danh mục ký hiệu, viết tắt Danh mục hình vẽ Danh mục bảng 11 MỞ ĐẦU 12 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 15 1.1 Điều khiển dao động 15 1.2 Phân tích dòng lượng 17 1.3 Hệ PCH (Port Controlled Hamiltonian Systems) 19 1.4 Tình hình nghiên cứu vấn đề đặt luận án 22 1.4.1 Tình hình nghiên cứu 22 1.4.2 Vấn đề đặt luận án 24 1.5 Kết luận Chương 25 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN DÒNG NĂNG LƯỢNG TRONG BỘ CÁCH LY DAO ĐỘNG 26 2.1 Khái niệm cách ly dao động 26 2.2 Dòng lượng cách ly dao động 30 2.3 Ảnh hưởng độ giảm chấn đến dòng lượng 32 2.4 Điều khiển cản bật tắt dựa dòng lượng 36 2.5 Hiệu chỉnh luật điều khiển dựa điều khiển cản bật tắt tối ưu 38 2.6 Kết luận chương 45 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN DỊNG NĂNG LƯỢNG TRONG MƠ HÌNH MỘT PHẦN TƯ Ô TÔ 46 3.1 Khái niệm hệ thống treo ô tô 46 3.2 Các công thức dòng lượng 48 3.3 Ảnh hưởng độ cản giảm xóc lên dịng lượng trung bình 54 3.4 Điều khiển cản bật tắt dựa dòng lượng 57 3.5 Hiệu chỉnh thuật toán điều khiển dựa cản bật tắt tối ưu 59 3.6 Kết luận chương 65 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN DÒNG NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ LẮP BỘ GIẢM CHẤN KHỐI LƯỢNG 66 4.1 Khái niệm giảm chấn khối lượng TMD 66 4.2 Các cơng thức dịng lượng 71 4.3 Ảnh hưởng tham số giảm chấn khối lượng lên dòng lượng 77 4.4 Điều khiển cản bật tắt dựa dòng lượng 80 4.4.1 Thuật tốn tối đa dịng lượng vào TMD - phiên 81 4.4.2 Thuật tốn tối thiểu dịng lượng vào tồn hệ thống - phiên 82 4.5 Hiệu chỉnh dựa cản bật tắt tối ưu 83 4.6 Ví dụ tính tốn số 88 4.7 Kết luận chương 93 KẾT LUẬN 94 Hướng nghiên cứu 94 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 Phụ lục 1: Đoạn mã MATLAB cho mục 2.4 105 Phụ lục 2: Đoạn mã MATLAB cho mục 2.5 106 Phụ lục 3: Đoạn mã MATLAB cho mục 3.3 107 Phụ lục 4: Mơ hình Simulink đoạn mã MATLAB cho mục 3.4 108 Phụ lục 5: Đoạn mã MATLAB cho mục 3.5 109 Phụ lục 6: Đoạn mã MATLAB cho mục 4.3 111 Phụ lục 7: Đoạn mã MATLAB cho mục 4.6 112 Danh mục ký hiệu, viết tắt PCH Port Controlled Hamilton TMD Tuned Mass Damper, giảm chấn khối lượng DVA Dynamic Vibration Absorber, hấp thụ động lực L Phiếm hàm Lagrange T Động V Thế  Hàm hao tán Q Véc tơ lực suy rộng tổng quát q Véc tơ tọa độ suy rộng p Véc tơ động lượng suy rộng z Véc tơ trạng thái hệ thống H Hàm Hamilton u Đầu vào G Ma trận phân bố đầu vào J Ma trận hệ thống thể tương tác bảo toàn R Ma trận hệ thống thể tương tác bị tiêu tán y Đầu H Dòng lượng P Dòng lượng đưa vào hệ Pdd Dòng lượng dao động Ptb Dịng lượng trung bình Pm Dịng lượng cực đại phi thứ nguyên r Chuyển động r0 Biên độ chuyển động x Chuyển dịch hệ xp Biên độ phức x xd Chuyển dịch tương đối TMD so với hệ bậc tự xa Chuyển dịch tương đối TMD so với hệ nhiều bậc tự xdp Biên độ phức xd xs Chuyển dịch thân xe xsp Biên độ phức xs xt Chuyển dịch khối lượng không treo xtp Biên độ phức xt xr Biên dạng mặt đường x0 Biên độ biên dạng mặt đường xr xst Biến dạng lò xo xtr Biến dạng bánh xe m Khối lượng md Khối lượng TMD hệ bậc tự ma Khối lượng TMD hệ nhiều bậc tự Ms Khối lượng 1/4 ô tô Mt Tổng khối lượng phận không treo mô hình ¼ tơ k Độ cứng khối lượng m kd Độ cứng TMD bậc tự ka Độ cứng TMD hệ nhiều bậc tự K Độ cứng lò xo treo Kt Độ cứng lốp c Hệ số cản cách ly cd Hệ số cản TMD hệ bậc tự ca Hệ số cản TMD hệ nhiều bậc tự b Hệ số cản giảm xóc tơ  Tỷ số cản 1 Tần số kích động n Tần số riêng cách ly s Tần số riêng hệ mơ hình giảm chấn khối lượng bậc tự  Tần số đầu vào kích động d Tần số riêng TMD  Tỷ số khối lượng mơ hình giảm chấn khối lượng bậc tự  Tỷ số tần số riêng hệ TMD hệ  Tỷ số tần số đầu vào kích động tần số riêng hệ  Tham số hiệu chỉnh f Đầu vào kích động điều hịa f0 Biên độ đầu vào kích động f  Pha đầu vào kích động f  Pha TMD hệ nhiều bậc tự zout Đầu ra, đại lượng cần kiểm soát dao động  Thời gian phi thứ nguyên A Ma trận hệ thống D Ma trận định vị cản với độ cản bật tắt c Hf Véc tơ định vị đầu vào JL Chỉ số đáp ứng tối ưu tìm trường hợp lý tưởng JA Chỉ số đánh giá biên độ đáp ứng cần đánh giá EJ Chỉ số bám s Véc tơ định vị đầu vào hệ TMD nhiều bậc tự r Véc tơ định vị khối lượng mục tiêu cần giảm giao động hệ TMD nhiều bậc tự v Véc tơ định vị TMD hệ nhiều bậc tự ... để mơ tả hệ động lực phương trình dòng lượng hệ 1.1 Điều khiển dao động Trong học, dao động chuyển động có giới hạn khơng gian, lặp lặp lại nhiều lần quanh vị trí cân Điều khiển dao động (vibration... giảm dao động có hại Nếu phân loại theo mặt lượng phương pháp điều khiển dao động bao gồm điều khiển dạng thụ động, dạng chủ động dạng bán chủ động + Điều khiển thụ động: phương pháp giảm dao động. .. động dựa độ đo dòng lượng 13 Mục tiêu cụ thể bao gồm: - Đưa lời giải tối ưu cho hệ điều khiển thụ động dựa dịng lượng - Đưa thuật tốn điều khiển bán chủ động để điều khiển dòng lượng Đối tượng