STEROWANIE STRUKTUR DYNAMICZNYCH Model fizyczny semiaktywnego zawieszenia z tłumikami magnetoreologicznymi

Transkrypt

1 STEROWANIE STRUKTUR DYNAMICZNYCH Model fizyczny semiaktywnego zawieszenia z tłumikami magnetoreologicznymi mgr inż. Łukasz Jastrzębski Katedra Automatyzacji Procesów - Akademia Górniczo-Hutnicza Kraków, 15 listopad 2011

2 Plan 1. Wprowadzenie 2. Model układu redukcji drgań 3. Model tłumika magnetoreologicznego 4. Model przetwornika elektromagnetycznego 5. Model układu redukcji drgań z tłumikiem MR i elektromagnetycznym przetwornikiem 6. Wyniki symulacji 7. Stanowisko badawcze 8. Zawartość sprawozdania

3 Wprowadzenie Cel laboratorium: Celem laboratorium jest zapoznanie się z budową i zasadą działania układów mechanicznych będących fizycznymi modelami zawieszeń semiaktywnych. Obejmuje ono omówienie budowy i zasady działania sterowanych prądowo tłumików z cieczą MR. Zdobyta podczas laboratorium wiedza umożliwić ma budowę modelu matematycznego zawieszenia semiaktywnego oraz poprawną identyfikację jego parametrów.

4 Wprowadzenie przykłady układów redukcji drgań a) b) 3 kondygnacja 3 kondygnacja c 3 2 kondygnacja 2 kondygnacja c 2 1 kondygnacja 1 kondygnacja z(t) z(t) c 1 k f c f fundament Rys. 1. Sposoby ochrony budowli przed drganiami: a) usztywniające konstrukcję, b) izolujące podstawę

5 Wprowadzenie przykłady układów redukcji drgań Rys. 2. Zawieszenie pojazdu jako układ redukcji drgań

6 Wprowadzenie Model fizyczny zawieszenia x 2 m 2 x 2 Obiekt chroniony c 2 k 2 Tłumik MR 2 i 2 Sprężyna 2 x 1 m 1 x 1 Płyta zawieszenia Sprężyna 1 G i 1 c 1 k 1 z Tłumik MR 1 Generator z Płyta wzbudnika Rys. 3. Schemat modelu zawieszenia Rys. 4. Widok modelu zawieszenia

7 Stanowisko badawcze Układ akwizycji danych i sterowania Model zawieszenia Wzmacniacz Sterownik Wzbudnik Sprężarka Rys. 5. Widok stanowiska badawczego

8 Stanowisko badawcze Czujnik przemieszczenia x 2 Obiekt chroniony Czujnik siły Sprężyna 2 Tłumik MR 2 Czujnik przemieszczenia x 1 Czujnik siły Generator S N N S Sprężyna 1 Tłumik MR 1 Czujnik przemieszczenia I U z PC MS Windows z u F 1 i 1 x 1 F 2 x 2 Wzbudnik Shaker Control MATLAB SIMULINK Karta RT-DAC Układ pomiarowo-sterujący Rys. 6. Schemat stanowiska badawczego

9 Charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe UP1 US1 T x1z f [Hz] Rys. 7. Współczynnik przenoszenia drgań T x1z.

10 Charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe 1.5 UP1 US1 1 T x2z f [Hz] Rys. 8. Współczynnik przenoszenia drgań T x2z.

11 Tłumik magnetoreologiczny (MR) Brak pola magnetycznego Przyłożone pole magnetyczne Cząstki żelaza Cząstki formujące się w łańcuchy Rys. 9. Struktura cieczy magnetoreologicznej (MR) Membrana Pierścień Cewka sterująca Tłok Ciecz MR Cylinder Tłoczysko Rys. 10. Budowa liniowego tłumika magnetoreologicznego (MR)

12 Tłumik magnetoreologiczny (MR) Linie pola magnetycznego Prędkość przepływu cieczy MR I Prędkość ruchu tłoka R t u L t i u Rt u Lt Rys. 11. Ilustracja zasady działania tłumika MR Rys. 12. Obwód cewki sterującej tłumika MR G s I( s) V ( s) L R t t 1 R t s 1

13 Charakterystyki dla cewki sterującej tłumika MR u [V] 0.2 i [A] L [db] t [s] f [Hz] Rys. 13. Odpowiedz skokowa Rys. 14. Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa

14 Charakterystyki mechaniczne tłumika MR a) b) I = 0 I = 200 ma I = 400 ma I = 0 I = 200 ma I = 400 ma Ft [N] 200 Ft [N] v [m/s] v [m/s] Rys. 15. Zależności siły tłumienia od prędkości dla wymuszenia sinusoidalnego o częstotliwości: a) 2 Hz, b) 5 Hz

15 Stanowisko badawcze dla tłumika MR Siłownik Czujnik siły x F System pomiarowy PC MS Windows DASYLab 10 i u I/ O Board Tłumik MR I U i Maszyna wytrzymałościowa Zasilacz DC u Rys. 16. Stanowisko do badania tłumika RD

16 Wyniki badań tłumika MR F t [N] x [mm] Natężenie prądu [ma] Kolor linii Rys. 17. Siła tłumienia F t w funkcji przemieszczenia tłoka x

17 Wyniki badań tłumika MR F t [N] ma 60 ma 120 ma 200 ma 300 ma 400 ma 500 ma v [m/s] Rys. 18. Siła tłumienia F t w funkcji prędkości tłoka v

18 Model tłumika MR opisany funkcjami hiperbolicznymi F T = F 0 tgh β x z + p 1 x z +C 1 x z + p 2 x z F 2 0 b1 i b2 i b3 ; C 2 1 b4 i b5 i b6 Tabela 1. Parametry modelu opisanego funkcjami hiperbolicznymi Parametr Wartość Parametr Wartość b N/A 2 b N s/(m A 2 ) b N/A b N s/(m A) b N b N s/m β 50 N p 1 4 1/s p /s

19 Model tłumika MR opisany funkcjami hiperbolicznymi ; Rys. 19. Zależność parametrów F 0 oraz C 1 od natężenia prądu I Rys. 20. Zależność siły tłumienia F t od prędkości względnej ẋ

20 Literatura Bolkowski S.: Elektrotechnika, WSiP, Warszawa 2005 Giergiel J.: Drgania mechaniczne, AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo- Dydaktyczne, Kraków 2000 Kowal J.: Podstawy Automatyki, AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo- Dydaktyczne, Kraków 2004 Kowal J.: Sterowanie drganiami, Gutemberg, Kraków 1996 Michalczyk J., Cieplok G.: Wysokoefektywne układy wibroizolacji i redukcji drgań, Collegium Columbinum, Kraków 1999 Mrozek B., Mrozek Z.: MATLAB i Simulink, Helion, 2004 Sapiński B.: Magnetorheological Dampers in Vibration Control, AGH University Of Science and Technology Press, Cracow 2006

21 Dziękuję za uwagę