Tính toán tham số thiết bị hấp thụ rung động lực cho hệ thống ổn định đế dạng lực

Bài viết nghiên cứu tính toán các tham số thiết kế thiết bị hấp thụ rung động lực cho đế ổn định dạng lực. Đế ổn định dạng lực là đế ổn định sử dụng tính chất lực của con quay hồi chuyển để ổn định. Khi mô men ngoại lực tác động lên đế ổn định theo trục con quay sẽ sinh ra mô men con quay cân bằng. Do đó, đế ổn định được ổn định mà ta không cần sử dụng động cơ ổn định.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán tham số thiết bị hấp thụ rung động lực cho hệ thống ổn định đế dạng lực Kỹ thuật Điều khiển – Tự động hóa TÍNH TOÁN THAM SỐ THIẾT BỊ HẤP THỤ RUNG ĐỘNG LỰC CHO HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH ĐẾ DẠNG LỰC Lê Tuấn Anh1*, Phan Tương Lai1, Hoàng Mạnh Tưởng2, Phan Thế Sơn1 Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu tính toán các tham số thiết kế thiết bị hấp thụ rung động lực cho đế ổn định dạng lực. Đế ổn định dạng lực là đế ổn định sử dụng tính chất lực của con quay hồi chuyển để ổn định. Khi mô men ngoại lực tác động lên đế ổn định theo trục con quay sẽ sinh ra mô men con quay cân bằng. Do đó, đế ổn định được ổn định mà ta không cần sử dụng động cơ ổn định. Tuy nhiên, đặc điểm của hệ thống này là xuất hiện tần số cộng hưởng. Để loại bỏ đặc tính cộng hưởng trong hệ thống ổn định ta có thể sử dụng thiết bị hấp thụ rung khác nhau. Trong đó, thiết bị hấp thụ rung động lực có tác dụng mạnh trong bài toán loại bỏ ảnh hưởng tác động do cộng hưởng gây ra. Bài báo đề xuất phương án sử dụng thiết bị hấp thụ rung và đưa ra phương pháp tính toán tham số thiết kế thiết bị này. Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink thể hiện hiệu quả thiết bị hấp thụ rung trong việc loại bỏ hiện tượng cộng hưởng trong đế ổn định dạng lực. Từ khóa: ĐOĐ- Đế ổn định; Định phương thẳng đứng; Hấp thụ rung động lực; Đặc tính biên độ- tần số; GINS- hệ thống dẫn đường quán tính có đế. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Đế ổn định GINS được sử dụng với chức năng là thiết bị để cách ly tác động rung lắc lên các gia tốc kế cũng như xác định góc hướng của vật mang. Để thực hiện được chức năng này đế ổn định có ba bậc tự do. Nó được treo trong không gian nhờ các trục cardan với các trục giao nhau ở tâm của đế và các ổ trục đỡ có ma sát mong muốn nhỏ nhất có thể. Sau khi thiết kế chế tạo, hệ đế ổn định cần được cân bằng động với độ chính xác cao. Hiện nay, đế ổn định có thể chia làm hai loại: đế ổn định dạng chỉ thị và đế ổn định dạng lực. Trong nhiều bài toán, do tác động nhiễu loạn lớn ở các dải tần khác nhau hệ thống ổn định đế không đáp ứng được độ chính xác yêu cầu. Một trong những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của đế ổn định gây ra dao động của đế là do tác động ngoại lực. Bản chất của thiết bị hấp thụ rung là nhờ quá trình biến đổi năng lượng dao động đế ổn định thành nhiệt nhờ tính chất nhớt hoặc chuyển vào thế năng của phần tử đàn hồi của thiết bị hấp thụ rung. Với yêu cầu hấp thụ rung ở dải rộng, ta có thể sử dụng thiết bị hấp thụ rung có tính chất nhớt [3]. Tuy nhiên, với phương án này, hiệu quả hấp thụ rung theo từng dải bị hạn chế. Để hấp thụ rung trong một dải nhất định, ta có thể sử dụng thiết bị hấp thụ rung động lực. Với thiết bị hấp thụ rung này, năng lượng dao động đế được chuyển thành năng lượng dự trữ của phần tử đàn hồi và một phần chuyển thành nhiệt nhờ tính chất nhớt của chất lỏng. Hiệu quả hấp thụ rung không chỉ phụ thuộc vào dải và cường độ tác động rung lắc mà còn phụ thuộc vào tham số của hệ ổn định đế. Do đó, để việc hấp thụ rung đạt được với hiệu quả cao, ta phải xác định các tham số của nó sao cho phù hợp với yêu cầu và đặc tính động học của hệ ổn định đế. Chính vì thế, việc đưa ra phương án tính toán các tham số thiết kế thiết bị hấp thụ rung có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế chế tạo thiết bị này cho các hệ ổn định đế khác nhau. Để nghiên cứu sâu hơn về phương pháp sử dụng thiết bị hấp thụ rung động lực vào bài toán ổn định đế của GINS, bài báo đề xuất lắp thiết bị hấp thụ rung này lên bộ định phương thẳng đứng như đã trình bày trong [3]. 2. ỨNG DỤNG THIẾT BỊ HẤP THU RUNG ĐỘNG LỰC VÀO BÀI TOÁN NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐẾ Trên hình 1 là sơ đồ động học hệ thống đế ổn định sử dụng bộ hấp thụ rung; trong đó, vỏ của thiết bị hấp thụ rung gắn với đế sao cho trục của nó song song với trục ổn định. 84 L. T. Anh, …, P. T. Sơn, “Tính toán tham số thiết bị hấp thụ rung … ổn định đế dạng lực.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Phương trình động lực học mô tả hệ thống ổn định đế một kênh khi sử dụng bộ hấp thụ rung có dạng như sau:  A   H (  1 )  CH (  1 )  H   K  s    M nl   J H 1   H (1   )  CH (1   )  0 (1)   B  H   0 Trong đó, J H - Mô men quán tính vật nặng của bộ hấp thụ rung; 1 - Góc quay của đế khi có ngoại lực tác động;  - Góc tiến động của trục ổn định;  H - Hằng số nhớt bộ hấp thụ rung; CH - Độ cứng phần tử đàn hồi thiết bị hấp thụ rung; M nl - Mô men nhiễu loạn tác động lên trục ổn định; H - Mô men động lượng của con quay; A - Mô men quán tính đối với trục ổn định; B - Mô men quán tính đối với trục tiến động con quay; K  s  - Hàm truyền hiệu chỉnh của động cơ ổn định đế. Hình 1. Sơ đồ động học đế ổn định một trục sử dụng thiết bị hấp thụ rung động lực 1- Đế ổn định; 2 - Con quay hai bậc tự do; 3 - Bộ điều khiển với hệ số khuếch đại K; 4 - Động cơ ổn định; 5 - Cảm biến xác định góc; 6 - Thiết bị hấp thụ rung; 7 - Vật nặng bộ hấp thụ rung; 8 - Phần tử đàn hồi dạng thanh thiết bị hấp thụ rung. Theo [3] và [5], hàm truyền hệ thống ổn định đế một kênh cho bởi (1) có dạng: Bs WM ( s)  nl (2) ABs  H 2 s  HK (s ) 3 Hàm truyền hiệu chỉnh K ( s) có thể biểu diễn dưới dạng tích của hệ số khuếch đại K và hàm hiệu chỉnh Whc ( s) . Trong đó, hàm hiệu chỉnh Whc ( s) có tác dụng thay đổi đặc tính biên độ - pha tần số ở dải tần số cắt c của hệ thống ổn định; còn hệ số khuếch đại K sử dụng để làm sai số tĩnh của hệ thống ổn định tiế ...