MODULES TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC
Trong thiết kế cơ khí, việc giải các bài tốn tối ưu hóa là vơ cùng quan trọng và phổ biến. Ở đó các mục tiêu tiết kiệm năng lượng, chi phí, thời gian bên cạnh đảm bảo chất lượng, năng suất, độ bền, v.v.. cần phải được tối ưu hóa. Trong các bài tốn tối ưu đó, các hàm mục tiêu và ràng buộc kỹ thuật chủ yếu là xoay quanh các lĩnh vực đợng lực học. Ví dụ để đảm bảo đợ bền thì các phản lực khớp đợng cần được tính tốn; để đảm bảo năng śt thì các thơng số động học như vận tốc, gia tốc cần được phân tích; để tiết kiệm năng lượng thì momen của đợng cơ trục quay cũng cần phải khảo sát, v.v... Và những thông số này trong các cơ cấu phức tạp là vơ cùng khó tính tốn ở dạng những biểu thức tường minh. Do đó việc áp dụng các modules tính tốn đợng học (Chương 2) và đợng lực học (Chương 3) là rất hiệu quả. Từ những vấn đề được đề cập ở trên, học viên đã đưa ra phương pháp để tối ưu hố các thiết kế mợt cách nhanh chóng, tiết kiệm thời gian cũng như chi phí thực hiện. Phương pháp tối ưu hố sẽ được trình bày thơng qua trường hợp ví dụ sau đây.
Quy trình xây dựng mơ hình tốn thiết kế cho cơ cấu
Đối với bài toán tối ưu, điều quan trọng nhất là người dùng cần phải xác định được tồn bợ các tham biến thiết kế, bao gồm tham biến cố định và tham biến điều khiển. Điều này sẽ giúp cho người dùng hiểu được là để tối ưu được mục tiêu thì cần phải dựa vào đâu. Sau khi xác định được các tham biến thì cần phải xác định được hàm mục tiêu của bài tốn (mục tiêu cần tối ưu là gì), rồi tiếp đến sẽ là các điều kiện ràng ḅc để bài tốn tối ưu trở nên hợp lý. Sau khi xác định được các yếu tố chính ở trên, người dùng sẽ bắt đầu tạo các file chứa hàm ràng buộc, hàm mục tiêu dựa vào các module động học và động lực học đã được đề cập ở chương 2 và 3 để xây dựng chương trình tối ưu. Cuối cùng người dùng sẽ phải tạo một file script thực thi với bộ công cụ tối ưu trong MATLAB (fmincon, ga, GlobalSearch,…) để tối ưu dựa trên hàm mục tiêu và hàm ràng ḅc đã được liệt kê trước đó. Sau đây sẽ là lưu đồ trình
bày các bước thực hiện bài tốn.
Start
Xác định tồn bộ các tham biến thiết kế (Các tham biến cố định và các
tham biến điều khiển)
Xác định hàm mục tiêu dựa vào yêu cầu đề bài
Xác định các điều kiện ràng buộc Tạo file hàm ràng buộc với module động học/động lực học Tạo file hàm mục tiêu với module
động học/động lực học Tạo file solve để xử lý, chạy thuật toán tối ưu các tham biến điều khiển
End
Hình 4.1 Lưu đồ thực hiện bài tốn tối ưu
Ví dụ tối ưu thiết kế cơ cấu tay quay con trượt
Hình 4.2 Cơ cấu tay quay con trượt
Cho cơ cấu tay quay con trượt quay với vận tốc góc khơng đổi 𝜔 [𝑟𝑎𝑑/𝑠], lực tác
AO B