بخشی از مقاله
چکیده
معمولا از دمپرهای مغناطیسی برای کنترل نیمه فعال ارتعاشات سیستمها استفاده می شود، که نتایج تحقیقات مربوطه بیانگر تاثیر مطلوب این نوع دمپرها بر رفتار ارتعاشی سیستمهای خطی می باشد. نکته قابل توجه در این نوع دمپرها ماهیت غیرخطی آنهاست که می تواند رفتار سیستم اصلی را تحت تاثیر قرار دهد. به این ترتیب با در نظر گرفتن عوامل غیرخطی این نوع دمپرها امکان وقوع ارتعاشات آشوبناک وجود دارد.
از طرفی رفتارهای آشوبناک با توجه به ویژگی عدم پیش بینی رفتار آینده منجر به نوساناتی با دامنه های کاملا متغیر می گردد که برای سیستمهای مکانیکی می تواند مضر باشد . سیستم ارتعاشی به صورت یک نیمه- تریلر با سه محور مدل می گردد. سیستم تعلیق بین بدنه و محورها، به فنرها و دمپرهای ویسکوز و مغناطیسی مجهز شده است.
در این مقاله، نخست وقوع رفتارهای آشوبناک با استفاده از نمودارهای دوشاخه ای و مقاطع پوانکاره در محل مرکز جرم کشنده تریلر شناسایی شده و سپس با استفاده از روش کنترل فعال، رفتار آشوبناک کنترل می شود. قانون کنترلی مورد نظر بر اساس روش بازگشتی استخراج و پایداری کنترلر با استفاده از تئوری پایداری لیاپانوف اثبات می گردد. نتایج به دست آمده بیانگر کارایی مطلوب کنترلر طراحی شده در خروج رفتارهای ارتعاشی سیستم از حالت آشوبناک و بازگرداندن آن به رفتارهای مطلوب پریودیک علیرغم وجود خطای اولیه و اغتشاش خارجی می باشد.
1. مقدمه
به هنگام حرکت یک تریلر روی جاده، تغییرات موجود در سطح جاده می تواند منجر به رفتارهای ارتعاشی نامطلوب گردد. بخشی از این ارتعاشات توسط چرخها جذب می شود، ولی بخش عمده آن باید توسط سیستم تعلیق بین بدنه و چرخها جذب شود. سیستمهای تعلیق رایج غیرفعال در خودروهای سنگین شامل فنر، دمپر و محورهای حفظ تعادل است که تنها قادر به اتلاف انرژی هستند. مطالعات گسترده ای در زمینه بهبود عملکرد این نوع سیستمها انجام گرفته است.
در سالهای اخیر تحقیقات زیادی در زمینه سیستمهای تعلیق پیشرفته انجام گرفته است. سیستمهای تعلیق پیشرفته در سه گروه: سیستم کاملا فعال، فعال کند1 و نیمه فعال دسته بندی شده اند. دو نوع اول به دلیل قابلت های گسترده، نسبت به نوع سوم کاربرد بیشتری در سیستمهای تعلیق دارند
دمپرهای مغناطیسی با توجه به ویژگیهای منحصر به فردشان در دهه اخیر کاربردهای فراوانی را به خود اختصاص داده اند. مایع دمپرهای مغناطیسی 2 - MR - از مواد هوشمند تشکیل شده است که دارای ذرات بسیار ریز معلق در یک سیال با لزجت کم می باشند. با کنترل میدان مغناطیسی این دمپرها، می توان مایع موجود در آنها را به صورت نیمه جامد یا حتی جامد در آورد. دقت و نیروی اعمالی توسط دمپرهای مغناطیسی در مدلهای مختلف توسط محققین زیادی [6-8] مطالعه شده است، که در بین آنها مدل 3 - B-W - دارای بیشترین دقت است؛ ولی تعیین پارامترهای این مدل مشکل بوده و کاربرد آن را محدودتر می سازد.
همچنین تحقیقاتی در زمینه سیستم تعلیق و کاربرد دمپرهای مغناطیسی در خودروهای سنگین مانند تریلر ارایه شده است .[ 9, 10] یک نوع خاص از دمپرهای مغناطیسی برای سیستم تعلیق خودروهای سنگین در تحقیق شاهین و همکارانش [11] طراحی و تست شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که دمپرهای مغناطیسی نسبت به نوع معمولی می تواند واژگونی خودرو را تا 45 درصد کاهش دهند.
نتایج تحقیق [12] نشان می دهد کنترل نیمه فعال یک تریلر با دمپرهای مغناطیسی می تواند آسیب های ناشی از عبور خودرو از روی ناهمواری جاده را تا حد قابل توجهی کاهش دهد . همچنین تحقیقات زیادی در رابطه با کنترل فعال سیستم تعلیق خودروهای سبک و سنگین انجام گرفته است[13-15]، که اغلب به موضوع ایمنی یا راحتی سرنشین پرداخته اند.
در تحقیق [12] اثر جایگزینی دمپرهای مغناطیسی با نوع معمولی و تعداد این دمپرها برای سیستمهای خطی مورد بررسی قرار گرفته است. با در نظر گرفتن ماهیت غیرخطی دمپرهای مغناطیسی رفتار دینامیکی سیستم نیز دچار تغییر می شود. در سیستمهای غیرخطی ممکن است رفتارهای دینامیکی سیستم به صورت ارتعاشات چند پریودی، شبه پریودیک یا آشوبناک ظاهر شود، که می تواند منجر به کاهش عمر مفید قطعات خودرو، کاهش ایمنی حرکت خودرو و تاثیر سوء بر راحتی سرنشیان یا آسیب دیدن بار گردد. به این ترتیب استفاده از دمپرهای مغناطیسی از نقطه نظر دینامیک غیرخطی بدون استفاده از کنترلر فعال شاید همرا با شک و تردید باشد.
در این مقاله، رفتار دینامیکی غیرخطی سیستم ارتعاشی یک نیمه- تریلر با استفاده از نمودارهای دوشاخه ای و مقاطع پوانکاره مورد بررسی قرار می گیرد. پس از شناسایی محدوده رفتارهای نامنظم اعم از چند پریودی، شبه پریودیک یا آشوبناک، کنترلر مناسب برای بازگرداندن رفتار دینامیکی به حالت منظم پریودیک طراحی می شود. قانون کنترلی مورد نظر بر پایه روش بازگشتی ارایه و پایداری آن با روش پایداری لیاپانوف ثابت می شود. کارایی کنترلر طراحی شده با تعدادی شبیه سازی مورد بررسی قرار می گیرد.
2. مدل ریاضی سیستم تعلیق تریلر
شکل - - 1 مدل ارتعاشی سیستم تعلیق تریلر را نشان می دهد. این مدل دارای یک کشنده و یک تریلر است که دارای سه محور بوده که توسط وینچ به هم اتصال یافته اند. فرض می شود که خودرو در مسیر مستقیم حرکت می کند. بنابراین حرکت مستقل بخشهای مختلف مدل شامل حرکت قائم و دورانی حول محور عمودی جرم فنربندی4 شده کشنده و تریلر و حرکت قائم جرم فنربندی نشده می باشد. از حرکت حول محور طولی و قائم چشم پوشی شده است.×محل اتصال تریلر و کشنده توسط دمپر و فنر معمولی مدل شده است. سیستم تعلیق شامل دمپرهای معمولی و مغناطیسی است.
