Chương I trình bày tóm tắt những công thức cơ bản của bộ cách ly dao động dạng thụ động kinh điển. Các hạn chế cơ bản của bộ cách ly dao động dạng thụ động đã được đề LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Trong đó luận văn đi sâu về vấn đề độ cản của bộ cách ly. Trong trường hợp độ cản là cố định thì tồn tại giá trị tỷ số tần số bằng 2 mà tại đó tỷ số truyền luôn bằng 1, bộ cách ly dạng thụ động không thể giảm được tỷ số truyền.
Chương sau sẽ tập trung xem xét trường hợp mà độ cản có thể thay đổi được theo thời gian tùy thuộc vào một thuật toán điều khiển thích hợp nào đó. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 22 CHƢƠNG II: BỘ CÁCH LY DAO ĐỘNG DẠNG BÁN CHỦ ĐỘNG 2. Tổng quan Sự cần thiết phải kiểm soát hiệu quả tiếng ồn và độ rung là rất phổ biến trong hầu như mọi hệ thống động lực. Dao động quá mức và tiếng ồn có thể gây ra sự hỏng hóc sớm về mặt kết cấu và cơ khí, làm tăng yêu cầu bảo dưỡng, gây đau và khó chịu cho con người.
Trong số các vấn đề khác nhau liên quan đến dao động, cô lập một phần thiết bị từ nền dao động là một vấn đề phổ biến trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí. Đối với thiết bị nhạy cảm nơi chuyển động được quy định bởi môi trường hoạt động do đó việc giảm dao động tại nguồn dao động thường không khả thi. Các phương thức cải tạo chính có thể thu được bằng cách sử dụng cách ly dao động bao gồm cả cách ly thụ động và chủ động. Cách ly dao động có thể đạt được bằng các phương thức thụ động, bán chủ động và chủ động.
Cho đến khoảng năm 1990, chỉ có các biện pháp kiểm soát thụ động thường được xem xét cho các hệ thống kỹ thuật thực tế và lý thuyết cơ bản cho các biện pháp này đã được trình bày kỹ lưỡng trong nhiều tài liệu, ví dụ [4]. Theo truyền thống, các kỹ sư đã giải quyết được vấn đề cách ly dao động bằng cách thiết kế các hệ thống thụ động dựa trên các vật liệu phù hợp chẳng hạn như cao su để tách rời động lực thiết bị khỏi động lực của nền. Thông thường dao động của nền có dạng sóng không thể đoán trước và các bộ cách ly thụ động phải giải quyết vấn đề với phổ kích thích băng thông rộng. Tuy nhiên, dạng thụ động thông thường của bộ cách ly nói chung cho một hệ thống một bậc tự do là một sự thỏa hiệp giữa (a) cách ly ở tần số cao hơn đòi hỏi giá trị độ cản thấp và (b) kiểm soát dao động tại cộng hưởng đòi hỏi giá trị độ cản cao.
Đó là sự thỏa hiệp cố hữu trong hiệu quả của một hệ thống cách ly thụ động. Mặc dù nhiều vấn đề dao động được giải quyết một cách đơn giản và đáng tin cậy với các thiết bị thụ động, rõ ràng là có các giới hạn riêng biệt về hiệu quả khi chỉ sử dụng các thiết bị thụ động. Người ta thấy rằng hệ thống cách ly với các thông số có thể được điều chỉnh theo sự thay đổi của kích động và các đặc tính của phản ứng có thể tạo ra hiệu quả cách ly tốt hơn so với các hệ thống thụ động với các thông số cố định. Các hệ thống điều khiển chủ động có thể được sử dụng khi yêu cầu hiệu quả cao hơn và kỹ thuật thụ động một mình không thể thực hiện đầy đủ (hoặc khi hoàn thành một nhiệm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 23 vụ thậm chí không thể với các thiết bị thụ động).
Điều khiển chủ động sử dụng các bộ truyền lực vừa thêm vừa tiêu hao năng lượng từ hệ thống dựa trên các tín hiệu thu được từ các cảm biến khác nhau. Hệ thống điều khiển chủ động đã chứng minh hiệu quả vượt trội so với hiệu quả của các hệ thống thụ động tốt nhất có thể. Tuy nhiên một điều rõ ràng là các hệ thống chủ động nói chung đắt đỏ hơn, phức tạp hơn và kém tin cậy hơn so với các hệ thống thụ động. Hạn chế chính trong việc áp dụng một hệ thống chủ động cho sự cách ly dao động là việc cần có năng lượng từ bên ngoài.
Do đó việc triển khai các hệ thống dao động chủ động chỉ hạn chế trong các trường hợp mà hiệu quả đạt được vượt quá những bất lợi do chi phí, sự phức tạp và trọng lượng tăng lên. Bằng cách nhận ra cả lợi ích về hiệu quả cũng như hạn chế của hệ thống chủ động do đó khái niệm kiểm soát dao động bán chủ động đã được phát triển [1]. Điều khiển dao động bán chủ động đề cập đến việc sử dụng các thiết bị có các đặc tính biến đổi để điều khiển hoặc dập tắt dao động của hệ động lực. Khái niệm này liên quan đến ứng dụng một thiết bị có thể điều khiển được mà không yêu cầu nguồn năng lượng bên ngoài đáng kể để vận hành.
Thiết bị bán chủ động có thể đáp ứng các tín hiệu phản hồi được đo từ một hệ thống dao động để kiểm soát các dao động không mong muốn. Các tính chất động của hệ thống bán chủ động có thể thay đổi theo thời gian. Nhưng chúng chỉ có thể tiêu tán năng lượng, tức là chúng không thể đưa năng lượng vào hệ thống. Do đó thiết bị không sử dụng đáng kể năng lượng bên ngoài so với các hệ thống chủ động đầy đủ.
Hệ thống bán chủ động rơi vào ba loại: độ cứng biến đổi, độ cản biến đổi và khối lượng biến đổi. Do khối lượng không thể thay đổi trong một thời gian ngắn nên trong hầu hết các trường hợp chỉ có 2 dạng đầu tiên là được xem xét. Ở dạng đầu tiên, độ cứng của hệ thống được điều chỉnh để thiết lập một điều kiện không cộng hưởng. Ở dạng thứ hai, các thiết bị bán chủ động được hoạt động theo chiến lược điều khiển độ cản bán chủ động để tạo ra lực cản thụ động.
Đó cũng là dạng cách ly bán chủ động được xem xét trong luận văn này. Các tài liệu đã xuất bản về điều khiển cản bán chủ động cho cách ly dao động,thảo luận về các chiến lược điều khiển và các thiết bị. Các thảo luận này có thể được phân loại theo như hình 9. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 24 Hình 9: Tổng quan về các phương pháp cách ly dao động trong các tài liệu nghiên cứu.
Hình 9 cho thấy có bốn cách được thiết lập để cách ly dao động. Cách ly dao động bán chủ động có thể được thực hiện bằng cách điều khiển khối lượng, độ cứng và độ cản. Kể từ khi xuất hiện vào những năm 1970, các bộ giảm chấn bán chủ động đã tìm thấy ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và ngày càng thu hút được nhiều sự chú ý hiện nay do khả năng đạt được hiệu quả vượt trội so với bộ giảm chấn thụ động thông thường. Để đạt được điều này, thuật toán điều khiển để điểu chỉnh bộ giảm chấn là một trong những yếu tố quyết định sự thành công hay thất bại của một chiến lược kiểm soát cụ thể.
Các thiết bị mà độ cản có thể thay đổi được là một điểm quan trọng khác để đảm bảo hiệu quả mong muốn. Thuộc tính của bộ giảm chấn bán chủ động như giới hạn trên và giới hạn dưới của hệ số giảm chấn và việc nó chuyển đổi nhanh như thế nào là đặc biệt quan trọng. Hệ thống điều khiển bán chủ động đã được đề xuất trong những năm 1970 khi các bằng sáng chế được cấp cho bộ giảm xóc sử dụng khối lượng được đỡ đàn hồi để kích hoạt van thủy lực (không cần nguồn điện) hoặc sử dụng van điện từ để điều khiển lưu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 25 lượng chất lỏng (đòi hỏi một lượng điện nhỏ) [1]. Kể từ đó, một lượng lớn các nghiên cứu về hệ thống bán chủ động đã thực sự được thực hiện trong lĩnh vực kỹ thuật cho các ứng dụng trong dao động ô tô, dao động kết cấu và cách ly dao động.
Các thiết bị bán chủ động Các thiết bị bán chủ động là các thiết bị thụ động có các thuộc tính có thể thay đổi theo thời gian, với tốc độ có thể so sánh được với đại lượng chu kỳ dao động. Với mục đích điều khiển cản bán chủ động, các thiết bị tiêu tán năng lượng khác nhau đã được sử dụng để đạt được độ cản mong muốn. Các thiết bị này bao gồm giảm chấn thủy lực, giảm chấn điện biến (Electrorheological: ER) và từ biến (Magnetorheological: MR), các thiết bị ma sát bán chủ động và các thiết bị điện từ. (1) Bộ giảm chấn thủy lực Bộ giảm chấn thủy lực bán chủ động thường bao gồm cách bố trí xi lanh pit tông thủy lực với cơ cấu van điều khiển.
Các hệ số cản biến đổi có thể đạt được bằng cách điều chế diện tích khe mà chất lỏng chảy qua (hình 10). Van điều khiển có thể có dạng van điện từ (solenoid) để điều khiển bật tắt hoặc van trợ động (servo) để điều khiển biến thiên liên tục. Bộ giảm chấn chất lỏng nhớt đã tìm thấy nhiều ứng dụng trong việc cách ly dao động trong hàng không và điều khiển đáp ứng do động đất gây ra. Hình 10: Bộ giảm chấn có khe thay đổi được.
(2) Bộ giảm chấn ER và MR LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 26 Bộ giảm chấn ER và MR (hình 11) bao gồm một xi lanh thủy lực chứa các hạt phân cực có kích thước micron trong một chất lỏng (thường là dầu). Cả hai vật liệu ER và MR đều có khả năng thay đổi từ chất lỏng nhớt chảy tự do sang trạng thái bán rắn trong cỡ phần nghìn giây khi chịu điện hoặc từ trường [8]. Các thiết bị này đáng tin cậy về mặt cơ học, vì chúng không chứa bất kỳ bộ phận chuyển động nào. Thông tin chi tiết hơn về việc sử dụng bộ giảm chấn ER và MR để kiểm soát rung có thể được tìm thấy trong [8].
Hình 11: Một ví dụ về bộ giảm chấn MR. (3) Thiết bị ma sát bán chủ động Các thiết bị ma sát bán chủ động sử dụng lực tạo ra bởi ma sát bề mặt để tiêu tán năng lượng. Một bộ giảm chấn ma sát lý tưởng có thể được coi như một phần tử lực ma sát trong đó độ lớn bằng tích của hệ số ma sát và lực ép tại mặt ma sát và dấu của vận tốc của chuyển động.