Utafiti unalenga kutengeneza kitenganishi kinachoweza kurekebishwa cha mtetemo wa kiti kwa kutumia elastoma za magnetoreolojia (MRE), ambazo ugumu na sifa zake za upunguzaji wa mtetemo zinaweza kubadilishwa wakati uga wa sumaku unapotumika. Kazi hii haipendekezi tu algoriti ya udhibiti; inaanzia katika ubainishaji wa majaribio wa nyenzo ya MRE na kuunganisha uundaji wa modeli ya viskoelastiki, usanifu wa sakiti ya sumakuumeme, uthibitishaji wa elementi zenye ukomo, uboreshaji wa kijiometri wa taaluma nyingi na udhibiti nusu-hai wa mtetemo katika mnyororo mmoja wa uhandisi.

Watafiti walitengeneza sampuli za MRE isotropiki zenye %25 kwa ujazo chembe za chuma cha carbonyl na kuzipima katika hali ya shear kwa magneto-rheometer. Msongamano wa mtiririko wa sumaku ulibadilishwa katika masafa ya 0–0,6 T; tabia ya moduli za kuhifadhi na kupoteza kulingana na marudio na uga wa sumaku ilichunguzwa. Modeli ya Generalized Maxwell (GM3) yenye matawi matatu ya Maxwell na jumla ya vigezo saba ilichaguliwa kuwakilisha matokeo ya majaribio. Hitilafu ya uthibitishaji wa modeli ilibaki katika %0,25–1,73 kwa moduli ya kuhifadhi na %0,70–8,11 kwa moduli ya kupoteza.

Modeli hii ya nyenzo baadaye ilihamishwa kwenye usanifu wa kitenganishi cha mtetemo wa kiti chenye sumakuumeme. Katika kitenganishi, safu ya MRE hufanya kazi katika hali ya shear, huku mkondo unaotumika kupitia sumakuumeme ukibadilisha ugumu na upunguzaji wa mtetemo unaofaa wa MRE. Modeli ya analitiki ya sakiti ya sumaku ililinganishwa na matokeo ya elementi zenye ukomo ya FEMM; katika masafa ya mkondo wa 1–3 A, tofauti kubwa zaidi kati ya msongamano wa mtiririko wa sumaku wa analitiki na wa nambari ilikuwa %6,23.

Tatizo la uboreshaji lenye vigezo kumi vya kijiometri vya usanifu liliundwa ili kupanua masafa ya kurekebisha marudio asilia huku likihifadhi mipaka kama vile jumla ya uzito, kujaa kwa sumaku kwa MRE, vipimo vya kimwili, unene wa MRE na mkondo wa sumakuumeme. Kwa kuwa SQP pekee ilionekana kufikia optimum za ndani katika sehemu tofauti za kuanzia, mbinu mseto ya GA–SQP inayounganisha algoriti ya kijeni na SQP ilitumika. Usanifu bora huzalisha takriban 790 mT ya msongamano wa mtiririko wa sumaku katika eneo la MRE kwa jumla ya uzito wa takriban 53 kg na mkondo wa koili wa 3 A.

Kwa muundo bora, marudio asilia yalihesabiwa kuwa 5,40 Hz wakati uga umezimwa na 17,03 Hz wakati uga umewashwa. Hivyo, ongezeko la marudio asilia la 11,63 Hz kwa thamani kamili na ongezeko la jamaa lililoripotiwa kama %215 katika chanzo lilipatikana. Kwa uga wa chini wa 0,6 T, katika uchanganuzi wa transmissibility wa open-loop, marudio ya resonance yalihama kutoka 5,40 Hz hadi 12,43 Hz.

Katika masimulizi ya udhibiti nusu-hai, mfumo pasivu, ON–OFF skyhook na PID zililinganishwa. Katika mtetemo wa nasibu wa msingi katika bendi ya 3–9 Hz, uhamaji wa RMS ulikuwa 1,844 mm katika mfumo pasivu, 1,138 mm katika udhibiti wa ON–OFF na 0,739 mm katika udhibiti wa PID. Katika msisimko wa mshtuko wa nusu-sine wenye amplitude ya 5 mm na muda wa sekunde 0,1, thamani zinazolingana zilikuwa 1,757 mm, 1,161 mm na 0,555 mm. Chini ya mipangilio ya PID iliyotumika katika utafiti, PID ilitoa thamani za chini zaidi za uhamaji na kuongeza kasi za RMS katika hali zote mbili za simulizi.

Kuna mpaka muhimu kwa matokeo haya: ingawa ubainishaji wa nyenzo ya MRE ulifanywa maabara kwa sampuli halisi, kitenganishi kilichopendekezwa cha kiti chenye ukubwa kamili na kilichoboreshwa hakikutengenezwa kama prototipu halisi wala kujaribiwa katika gari au mfumo halisi wa kiti. Usanifu wa sumakuumeme ulitathminiwa kwa FEMM, huku udhibiti wa mtetemo wa closed-loop ukitathminiwa kwa modeli ya kihisabati na simulizi.

Tathmini kwa mtazamo wa Uturuki: Mbinu ya utafiti inatoa mfumo wa utafiti unaoweza kubadilishwa kwa kazi za suspension mahiri zinazofanywa nchini Uturuki kwa magari ya ardhini, mashine za kazi, matrekta, magari mazito ya biashara, majukwaa ya kijeshi na viti vya waendeshaji vinavyoathiriwa na mtetemo. Wazo la muundo nusu-hai unaoweza kubadilisha marudio asilia kwa uga wa sumaku badala ya mifumo pasivu kufungwa kwenye marudio moja ya usanifu ni la kuvutia hasa. Hata hivyo, profaili halisi za barabara, majukwaa ya magari nchini Uturuki, joto la muda mrefu la koili, matumizi ya umeme, uchovu wa kimitambo, viwango vya faraja ya binadamu na gharama ya uzalishaji havikujaribiwa katika utafiti huu. Kwa hiyo, thamani za utendaji wa nambari za utafiti hazipaswi kutafsiriwa kama utendaji wa uwanjani ulihamishwa moja kwa moja kwenye kiti cha gari cha ndani.

Elastoma ya magnetoreolojia ni nini?

Elastoma za magnetoreolojia ni nyenzo mahiri zinazotengenezwa kwa kusambaza chembe za sumaku ndani ya matriksi ya elastoma. Katika utafiti huu, mpira wa silikoni wa Ecoflex 00-20 ulitumika kama matriksi ya elastoma, na chembe za chuma cha carbonyl zenye ukubwa wa wastani wa 3,9–5 µm zilitumika kama awamu ya sumaku. Kiwango cha ujazo wa chembe ni %25.

Faida kuu ya MRE ni kwamba sifa za kimitambo za nyenzo zinaweza kubadilika wakati uga wa sumaku unaotumika kutoka nje unapobadilishwa. Chembe za sumaku huunda mwingiliano wenye nguvu zaidi wa sumaku chini ya athari ya uga; kwa matokeo hayo, moduli ya kuhifadhi, moduli ya kupoteza, ugumu sawa na sifa za upunguzaji wa mtetemo za nyenzo zinaweza kubadilika.

Sifa hii huruhusu marudio asilia ya mfumo kurekebishwa wakati wa uendeshaji, tofauti na vitenganishi vya kawaida vya mpira vyenye ugumu usiobadilika.

Kwa nini MRE inaweza kuwa mbadala wa kimiminika cha magnetoreolojia?

Ingawa vimiminika vya magnetoreolojia vinaweza kujibu haraka sana, vina matatizo ya matumizi kama kutuama kwa chembe, kuvuja na hitaji la kusambaza tena chembe kwa usawa. Katika MRE, chembe hushikiliwa ndani ya matriksi imara ya elastoma, hivyo sehemu kubwa ya matatizo haya huondolewa.

Lengo la utafiti ni kubadilisha faida hii ya MRE kuwa mfumo nusu-hai wa kutenganisha mtetemo wa kiti unaohitaji nishati kidogo.

Sampuli za MRE zilitengenezwa vipi?

Sampuli za MRE isotropiki zilizotengenezwa ni:

• zenye kipenyo cha 20 mm,
• zenye unene wa 2,0 mm,
• zenye %25 kwa ujazo chembe za ferromagnetiki

na zina umbo la duara.

Chembe za chuma cha carbonyl zilichanganywa na Ecoflex 00-20, mchanganyiko ukakorogwa na kuondolewa gesi, ukamiminwa kwenye ukungu uliotengenezwa kwa uchapishaji wa 3B na kuachwa kutibika kwa saa 24 katika joto la kawaida.

Ubainishaji wa nyenzo ulifanywaje?

Sampuli zilijaribiwa kwenye magneto-rheometer ya Discovery HR-3 chini ya mwendo wa shear wa oscillatory. Majaribio yalifanywa katika 20 °C na msongamano wa mtiririko wa sumaku ukaongezwa hadi 600 mT.

Katika utafiti, amplitude ndogo ya strain chini ya %0,1 ilichukuliwa ili kubaki katika eneo la deformation ndogo. Sababu ni kwamba katika strain kubwa zaidi, athari ya Payne hujitokeza kutokana na kuvunjika kwa mitandao ya filler–filler na filler–polymer, na nyenzo huanza kuondoka kwenye dhana ya viskoelastiki ya mstari.

Watafiti wanaeleza kwamba walitumia zaidi ya sampuli moja ya MRE isotropiki, walirudia kila kipimo mara tatu kwa kila sampuli, na matokeo yaliyoripotiwa ni wastani. Tofauti kati ya sampuli ilionekana kuwa ndogo kiasi cha kupuuzwa. Hata hivyo, jumla ya idadi ya sampuli haijaelezwa katika chanzo.

Kwa nini modeli ya Generalized Maxwell ilichaguliwa?

Modeli za kawaida za kifenomenolojia kama Kelvin–Voigt, Maxwell, Standard Linear Solid na Generalized Maxwell zilitathminiwa. Watafiti wanaeleza kwamba modeli ya Generalized Maxwell yenye matawi matatu ndiyo inayotoa uwiano unaofaa zaidi kati ya usahihi na gharama ya kukokotoa katika masafa mapana ya marudio na uga wa sumaku.

Katika modeli yenye matawi matatu, moduli ya kuhifadhi kwa ujumla huwakilishwa kama:

\[ G' = a_1+ \sum \frac{a_{k+1}^{2}a_k\omega^2} {a_k^2+\omega^2a_{k+1}^2} \]

na moduli ya kupoteza kama:

\[ G'' = \sum \frac{a_{k+1}a_k^2\omega} {a_k^2+\omega^2a_{k+1}^2} \]

kwa mahusiano yanayotegemea marudio.

Modeli ya GM3 ina jumla ya vigezo saba na ilitoa \(R^2>0,93\) kwa moduli za kuhifadhi na kupoteza.

Modeli ilitabiri data ya majaribio kwa usahihi gani?

Seti za data zilizotumika katika uthibitishaji zilichaguliwa kutoka hali ambazo hazikutumika katika kubainisha vigezo vya modeli. Kulingana na matokeo ya Jedwali 1 la utafiti, hitilafu ya moduli ya kuhifadhi ilibadilika kati ya %0,25–1,73, huku hitilafu ya moduli ya kupoteza ikiwa kati ya %0,70–8,11.

Kitanzi cha hysteresis cha stress–strain katika hali ya 1 Hz, 0,2 T na amplitude ya strain ya %0,01 pia kinaonyesha kwamba modeli ya GM3 inafuata kwa karibu kitanzi cha majaribio.

Kitenganishi kilichopendekezwa cha mtetemo wa kiti kinafanyaje kazi?

Kitenganishi kimeundwa kama muundo wa sumakuumeme wa silinda wenye ulinganifu wa mhimili. Uso wa ndani wa mviringo wa MRE ya silinda yenye tundu unaunganishwa na fremu ya kiti inayosogea, huku uso wa nje ukiunganishwa na mwili wa sumakuumeme usiosogea.

Fremu ya kiti inapohama juu–chini, safu ya MRE hupata deformation ya shear. Mkondo unaotumika kwenye sumakuumeme unapobadilishwa, msongamano wa mtiririko wa sumaku ndani ya MRE hubadilika; hivyo ugumu na upunguzaji wa mtetemo unaofaa wa MRE hurekebishwa.

Mchoro wa sehemu kwenye ukurasa wa 8 wa chanzo unaonyesha jinsi safu ya MRE inavyowekwa kati ya fremu ya kiti, koili, msingi wa sumakuumeme na kizuizi cha mwendo. Sehemu ya pande tatu na mwonekano uliolipuliwa kwenye ukurasa wa 9 vinaonyesha kando vipengele vya fremu ya kiti, MRE, stroke stopper, bobbin, winding coils na base.

Ni nyenzo zipi zilitumika?

Sehemu ya juu ya fremu ya kiti na kibebea koili vilichaguliwa kuwa Alumini 6061-T6 isiyo ya sumaku. Nyenzo hii hutumika kupunguza mzunguko wa mtiririko wa sumaku katika maeneo yasiyotakiwa.

Msingi unaobeba mtiririko wa sumaku na sehemu ya chini ya fremu ya kiti vilimodeliwa kama chuma cha 1020 chenye kaboni ya chini.

Kwenye koili, waya wa 18 AWG wenye kipenyo cha takriban 1,0237 mm ulitumika na mkondo wa juu ulizuiliwa hadi 3 A ili kuzuia joto kupita kiasi.

Sakiti ya sumaku ilimodeliwaje?

Mbinu ya analitiki inategemea sheria ya Ampère na uhifadhi wa mtiririko wa sumaku:

\[ NI=\sum H_i l_i \]

na:

\[ \Phi=B_i A_i \]

Kabla ya kujaa kwa sumaku:

\[ B_i=\mu_0\mu_rH_i \]

uhusiano huu hutumika.

Njia ya sumaku iligawanywa katika miunganisho minane tofauti na urefu unaofaa pamoja na eneo la sehemu ya kila muunganisho vikakokotolewa kutokana na vigezo vya kijiometri.

Modeli ya analitiki ya sumaku ililingana na FEMM kwa kiwango gani?

Kwa kuwa modeli ya analitiki inapuuza athari kama uvujaji wa mtiririko, fringing na kutokuwa sawa kwa uga angani, inakadiria uga wa sumaku kuwa juu kidogo. Kwa hiyo matokeo yalilinganishwa na modeli ya magnetostatic ya 2B yenye ulinganifu wa mhimili iliyoundwa kwa FEMM 4.2.

Mesh ya FEMM ina nodi 12.015 na elementi za pembetatu 23.521.

Tofauti kubwa zaidi ni %6,23 katika 1 A na modeli hizo mbili hukaribiana kadiri mkondo unavyoongezeka.

Ugumu na upunguzaji wa mtetemo wa MRE huingizwaje kwenye modeli ya kitenganishi?

Ugumu sawa wa shear wa MRE umefafanuliwa kama:

\[ k_{\mathrm{MRE}}= \frac{G'A_{\mathrm{MRE}}}{h_{\mathrm{MRE}}} \]

na mgawo sawa wa upunguzaji wa mtetemo kama:

\[ c_{\mathrm{MRE}}= \frac{G''A_{\mathrm{MRE}}} {\omega h_{\mathrm{MRE}}} \]

imefafanuliwa.

Pamoja na MRE, kuna pia spring ya mstari yenye ugumu usiobadilika wa 10 kN/m. Spring hii ilitumika kupunguza deformation kubwa mno ya shear ya MRE chini ya mzigo wa 80 kg.

Ugumu sawa wa jumla:

\[ k_{\mathrm{eqv}}=k_{\mathrm{MRE}}+k_c \]

na marudio asilia:

\[ \omega_n=\sqrt{\frac{k_{\mathrm{eqv}}}{m}} \]

yalikokotolewa.

Lengo la uboreshaji lilikuwa nini?

Lengo kuu la uboreshaji lilikuwa kuongeza kadiri iwezekanavyo tofauti ya marudio asilia kati ya hali ya uga wa sumaku kuzimwa na kuwashwa. Kazi lengwa ya utafiti:

\[ f= \frac{\omega_{n,\mathrm{field-off}}} {\omega_{n,\mathrm{field-on}}} \]

ilifafanuliwa na kupunguzwa. Kwa hivyo lengo lilikuwa kuongeza kadiri iwezekanavyo denomineta, yaani marudio asilia katika hali ya uga kuwashwa, ikilinganishwa na hali ya uga kuzimwa.

Vigezo kumi vya kijiometri vilitumika katika uboreshaji:

\[ X=[F,H',G,E,M,Z,Q,W,J,T] \]

na mipaka kuu ifuatayo ilitumika:

• Jumla ya uzito wa kitenganishi ≤ 55 kg,
• Msongamano wa mtiririko wa sumaku ndani ya MRE ≤ 0,8 T,
• Radius ≤ 130 mm,
• Urefu wa jumla ≤ 205 mm,
• Unene wa MRE ≥ 10 mm,
• Angalau 15 mm ya nafasi huru kwa mwendo wa kimitambo,
• Mkondo wa juu wa koili = 3 A.

Kwa nini SQP pekee haikutumika?

Sequential quadratic programming (SQP) ilipoendeshwa kutoka sehemu tatu tofauti za kuanzia, ilikonverji kwenye suluhisho tofauti. Mchoro 15 kwenye ukurasa wa 17 wa utafiti unaonyesha kwamba vektori za kuanzia za kikomo cha chini, kikomo cha juu na wastani zilisitisha kwenye thamani tofauti za kazi lengwa.

Watafiti walitafsiri hili kama ishara ya muundo usio wa mstari wa tatizo wenye optimum nyingi za ndani. Kwa hiyo algoriti ya kijeni ilitafuta kwanza eneo la optimum ya kimataifa, kisha suluhisho karibu na optimum lililopatikana na GA likatolewa kwa SQP kama sehemu ya kuanzia ili kufanya uboreshaji wa ndani.

GA–SQP ilipata jiometri gani?

Kazi lengwa iliyoboreshwa imetolewa kuwa takriban 0,31.

Sifa za kimwili za usanifu bora zilikuwa zipi?

• Eneo linalofanya kazi la shear la MRE: 72 cm²,
• Unene wa MRE: 10 mm,
• \(A_{\mathrm{MRE}}/h_{\mathrm{MRE}}\): 72 cm,
• Jumla ya uzito: takriban 53 kg,
• Urefu: 196,9 mm,
• Radius: 126,9 mm,
• Idadi ya mizunguko ya koili: 1977,
• Msongamano wa mtiririko wa sumaku wa MRE katika 3 A: takriban 790 mT.

Unene wa MRE katika suluhisho bora ulikaribia kikomo cha chini kinachoruhusiwa cha 10 mm. Watafiti wanaeleza kwamba pengo kubwa zaidi la hewa la MRE hupunguza msongamano wa mtiririko wa sumaku ndani ya MRE na hivyo kuathiri vibaya marudio asilia katika hali ya uga kuwashwa.

Marudio asilia yaliweza kubadilishwa kwa kiasi gani?

Katika usanifu bora:

Chanzo kinaripoti mabadiliko haya kama ongezeko kamili la 11,63 Hz na ongezeko la jamaa la marudio asilia la %215.

Kwa nini uzito wa kitenganishi ni muhimu?

Katika uchanganuzi wa baada ya uboreshaji, kikomo cha jumla ya uzito kiliboreshwa upya katika viwango tofauti kama 40, 45, 50 na 55 kg.

Katika kikomo cha juu cha 40 kg, uwiano wa marudio uga umewashwa/umezimwa ni takriban 2,35, huku katika kikomo cha 55 kg ukiongezeka hadi takriban 3,17. Watafiti wanaeleza kwamba hii inalingana na uboreshaji wa takriban %34 katika uwiano wa marudio na ongezeko la takriban %59 katika uhamaji wa jamaa wa marudio.

Hata hivyo, unapoongeza hadi 60 kg hakuna faida kubwa ya ziada katika uwiano wa marudio. Muundo mkubwa zaidi huhitaji mizunguko zaidi ya koili na kujaa mapema kwa sumaku katika kiini cha chuma kunaweza kupunguza manufaa ya usanifu.

Uchanganuzi wa transmissibility wa open-loop ulionyesha nini?

Kwa mzigo hai wa 80 kg na spring sambamba ya 10 kN/m, transmissibility ya mtetemo chini ya msisimko wa msingi ilikokotolewa kama:

\[ TR= \sqrt{ \frac{k_{\mathrm{isolator}}^2+\omega^2c_{\mathrm{isolator}}^2} {(k_{\mathrm{isolator}}-m\omega^2)^2+ (\omega c_{\mathrm{isolator}})^2} } \]

imekokotolewa.

Mchoro 20 kwenye ukurasa wa 20 wa utafiti unaonyesha wazi kwamba kadiri uga wa sumaku unavyoongezeka, kilele cha resonance huhamia kulia, yaani kwenye marudio ya juu zaidi.

Katika masafa ya 0–0,6 T, marudio ya resonance yaliongezeka kutoka 5,40 Hz hadi 12,43 Hz, yaani kwa takriban %130.

Kwa nini takriban 7 Hz ni sehemu muhimu?

Mikondo ya transmissibility ya 0 T na 0,6 T hukutana karibu na 7 Hz. Kulingana na utafiti, katika misisimko ya chini ya 7 Hz kutumia uga wa sumaku wa juu kunaweza kupunguza transmissibility ya mtetemo, huku katika hali za juu ya 7 Hz kuzima uga kunaweza kutoa insulation bora zaidi.

Sifa hii inaonyesha kwamba tabia inayojirekebisha inaweza kupatikana si kwa kubadilisha uga wa sumaku kila wakati tu, bali hata kwa mantiki rahisi sana za udhibiti wa ON–OFF.

Udhibiti wa ON–OFF skyhook unafanyaje kazi?

Katika mbinu ya Skyhook, uamuzi wa udhibiti hutolewa kulingana na kasi kamili ya uzito hai na kasi yake jamaa dhidi ya msingi:

\[ B_{\mathrm{MRE}}= \begin{cases} B_{\max}, & (\dot{x}-\dot{y})\dot{x}\geq0\\ B_{\min}, & (\dot{x}-\dot{y})\dot{x}<0 \end{cases} \]

Katika utafiti:

• \(B_{\min}=0\) T,
• \(B_{\max}=0,6\) T

zilitumika.

Thamani hizi si gains za udhibiti zinazoweza kurekebishwa, bali ni mipaka ya kimwili ya OFF na ON ya mfumo wa MRE.

Je, udhibiti wa PID huzalisha nguvu hai?

Hapana. Udhibiti wa PID katika utafiti huu hauagizi actuator inayozalisha moja kwa moja nguvu yoyote inayotakiwa kama suspension kamili hai. Tokeo la PID hubadilishwa kuwa msongamano wa mtiririko wa sumaku unaotumika kwenye MRE.

Kwa hiyo, PID hufanya kazi kama kidhibiti nusu-hai kinachobadilisha ugumu na sifa za damping za elementi pasivu ya kimitambo ndani ya mipaka ya kimwili.

Gains za PID zilichaguliwaje?

Thamani za mwisho zilizotumika katika utafiti ziliripotiwa kama:

• \(K_P = 86\,447\) T/mm,
• \(K_I = 347\,894\) T/(mm·s),
• \(K_D = 3923\) (T·s)/mm,
• mgawo wa kichujio cha derivative \(N = 22\) rad/s

zimeripotiwa.

Waandishi wanasisitiza kwamba gains hizi zilitunishwa hatua kwa hatua na kwa njia ya heuristic ili kuboresha mwitikio wa mtetemo, na kwamba ulinganisho wa mwisho ni halali kwa tuning hii maalumu tu.

Ni kidhibiti kipi kilifanya vizuri zaidi chini ya mtetemo wa nasibu?

Mtetemo wa nasibu wa msingi ulitumika kama kelele nyeupe yenye bendi iliyozuiliwa katika 3–9 Hz, na uhamaji wa msingi ulihifadhiwa kati ya takriban −2,5 na +2,5 mm.

Ikilinganishwa na mfumo pasivu, udhibiti wa ON–OFF ulipunguza uhamaji wa RMS kwa takriban %38,3 na PID kwa takriban %59,9. Uhamaji wa RMS wa PID ulikuwa takriban %35,1 chini kuliko wa udhibiti wa ON–OFF.

Nguvu za udhibiti zilikuwa kiasi gani?

Katika hali ya mtetemo wa nasibu, nguvu kamili ya juu zaidi ya nusu-hai ilikokotolewa kuwa:

• ON–OFF skyhook: 480 N,
• PID: 340 N

zimekokotolewa.

Nguvu ya udhibiti ya RMS ilikuwa 301 N kwa mbinu ya ON–OFF na 190,5 N kwa PID. Chanzo kinaripoti kwamba PID ilipunguza juhudi ya udhibiti ya RMS kwa takriban %36.

Msisimko wa mshtuko ulimodeliwaje?

Katika hali ya pili, msingi uliwekewa:

• amplitude ya 5 mm,
• muda wa sekunde 0,1,
• umbo la nusu-sine

la bump/mshtuko.

Gains za PID hazikubadilishwa; thamani zilezile zilizotumika katika jaribio la mtetemo wa nasibu ziliendelea kutumika.

Matokeo chini ya mshtuko yalikuwa vipi?

Ikilinganishwa na mfumo pasivu, udhibiti wa ON–OFF ulipunguza uhamaji wa RMS kwa %33,9 na PID kwa %68,4. PID pia ilitoa upunguzaji wa ziada wa takriban %52,2 ikilinganishwa na mbinu ya ON–OFF.

Kwa kuwa mwitikio wa PID huzima oscillations haraka zaidi baada ya mshtuko, muda wa kutulia pia unaonekana kuwa mfupi zaidi.

Nguvu iliyohitajika wakati wa mshtuko ilikuwa kiasi gani?

Katika hali ya mshtuko, nguvu kamili za juu zaidi za udhibiti zilizokokotolewa zilitolewa kama:

• ON–OFF skyhook: 1970 N,
• PID: 440 N

zimetolewa.

Nguvu ya udhibiti ya RMS ilikuwa 345 N katika udhibiti wa ON–OFF na 88,4 N katika PID. Hivyo upunguzaji wa juhudi ya udhibiti ya RMS kwa PID umeripotiwa katika chanzo kuwa takriban %74.

Tatizo kuu la udhibiti wa ON–OFF lilikuwa nini?

Muundo wa ON–OFF skyhook hubadilisha hali kwa kasi kati ya 0 na 0,6 T. Waandishi wanaeleza kwamba ubadilishaji huu wa kasi ya juu unaweza kusababisha matatizo ya upotevu wa nishati na uzalishaji wa joto, hasa katika marudio ya juu.

Hata hivyo, kwa kuwa joto la koili au matumizi ya umeme hayakupimwa moja kwa moja katika utafiti, hoja hii si matokeo ya uthibitishaji wa majaribio ya joto bali ni tathmini ya kihandisi kuhusu utekelezekaji wa kivitendo wa muundo wa udhibiti.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Moduli za kuhifadhi na kupoteza za MRE isotropiki yenye %25 chuma cha carbonyl hubadilika kulingana na uga wa sumaku na marudio yanayotumika.
• Modeli ya Generalized Maxwell yenye matawi matatu iliweza kuwakilisha tabia ya majaribio ya MRE kwa hitilafu ndogo katika hali ya deformation ndogo iliyochunguzwa.
• Modeli ya analitiki ya sakiti ya sumaku ilitofautiana na matokeo ya FEMM kwa kiwango cha juu cha %6,23 katika 1–3 A.
• Uboreshaji wa GA–SQP ulitoa jiometri ya kitenganishi kinachoweza kurekebishwa ndani ya mipaka iliyowekwa ya uzito, ukubwa, kujaa kwa sumaku na mkondo.
• Katika modeli bora, marudio asilia yaliweza kuongezwa kutoka 5,40 Hz hadi 17,03 Hz kwa kubadilisha uga wa sumaku.
• Katika uchanganuzi wa open-loop wa 0–0,6 T, marudio ya resonance yalihama kutoka 5,40 Hz hadi 12,43 Hz.
• Chini ya mipangilio ya PID iliyotumika, udhibiti wa PID ulitoa uhamaji na kuongeza kasi za RMS zilizo chini kuliko mbinu pasivu na ON–OFF katika misisimko ya nasibu na mshtuko.
• Nguvu ya udhibiti ya RMS iliyokokotolewa kwa PID ilikuwa chini kuliko ya ON–OFF skyhook katika misisimko yote miwili.

Matokeo ambayo utafiti haukuthibitisha au haukujaribu

• Haijathibitishwa kwa majaribio kwamba kitenganishi kilichoboreshwa cha kiti chenye ukubwa kamili kitatoa masafa yale yale ya marudio asilia katika prototipu halisi.
• Hakuna jaribio la barabarani lililofanywa katika gari halisi, lori, trekta, mashine ya kazi au gari la nje ya barabara.
• Faraja, uchovu au utendaji wa whole-body vibration haukupimwa kwa washiriki binadamu.
• Uchovu wa muda mrefu wa MRE na uimara wa kimitambo haukutathminiwa.
• Joto la koili na uthabiti wa joto wa muda mrefu havikupimwa kwenye prototipu halisi.
• Matumizi halisi ya nishati ya umeme hayakulinganishwa kwa majaribio.
• Haijaonyeshwa kwamba PID ni bora kuliko udhibiti wa ON–OFF chini ya gains zote zinazowezekana na misisimko yote ya nje.
• Usahihi wa GM3 haujathibitishwa katika eneo lisilo la mstari la Payne-effect ambapo strain ya shear huwa kubwa.
• Haijabainishwa kama miundo ya MRE anisotropiki itafanya vizuri au vibaya kuliko usanifu huu.
• Gharama ya uzalishaji kwa wingi, maisha ya huduma na uaminifu wa viwandani havikutathminiwa.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mnyororo wa utafiti

Ubainishaji wa majaribio wa nyenzo

Muhtasari wa uthibitishaji wa GM3

Muhtasari wa uthibitishaji wa modeli ya sumaku

Tofauti ya modeli ya analitiki dhidi ya FEMM ilipungua kadiri mkondo ulivyoongezeka. Matokeo yote ya analitiki ni juu kuliko thamani za FEMM; mwelekeo huu unaendana na kupuuzwa kwa uvujaji wa mtiririko na athari ya fringing katika modeli ya analitiki.

Muhtasari wa matokeo ya uboreshaji

Matokeo ya udhibiti wa mtetemo wa nasibu

PID ilitoa thamani ya chini zaidi kwa uhamaji wa RMS na kuongeza kasi kwa RMS katika hali za utafiti.

Matokeo ya udhibiti wa mshtuko

Katika msisimko wa mshtuko, upunguzaji wa uhamaji wa RMS wa PID dhidi ya mfumo pasivu umeripotiwa katika chanzo kuwa %68,4.

Ulinganisho wa juhudi ya udhibiti

Chini ya tuning ya PID iliyotumika katika chanzo, PID ilipunguza si mwitikio wa mtetemo tu bali pia hitaji la nguvu ya udhibiti iliyokokotolewa ikilinganishwa na mbinu ya ON–OFF skyhook.

Vikwazo vikuu vya kimetodolojia vya utafiti

• Nyenzo ya MRE ilibainishwa kwa majaribio; prototipu kamili ya kitenganishi kilichoboreshwa haikutengenezwa.
• Uthibitishaji wa sakiti ya sumaku si kipimo halisi cha sumaku bali ni ulinganisho wa FEMM.
• Matokeo ya udhibiti yanategemea simulizi ya kihisabati.
• Profaili halisi za barabara na data za mtetemo wa magari hazikutumika.
• Hakuna jaribio la kiti lenye mshiriki binadamu lililofanywa.
• Modeli ya MRE ni halali katika eneo la viskoelastiki ya mstari la deformation ndogo.
• Athari ya Payne na tabia nyingine zisizo za mstari katika deformation kubwa ziko nje ya wigo.
• Jumla ya idadi ya sampuli za majaribio za MRE haijaripotiwa.
• Gains za PID zilitunishwa kwa njia ya heuristic.
• Joto la koili na matumizi ya umeme hayakupimwa kwenye kifaa halisi.
• Uchovu wa muda mrefu, maisha ya mizunguko na kuzeeka kwa nyenzo havikuchunguzwa.
• Waandishi wanataja utengenezaji wa prototipu, utengenezaji wa mwili wa sumakuumeme, uviringishaji sahihi wa koili na tafiti za MRE anisotropiki kama kazi za baadaye.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la kazi asilia: Modeling, Design Optimization and Control of a Practical Seat Vibration Isolator Featuring Magnetorheological Elastomer

Waandishi: Sina Tavassoli Naini, Alireza Moezi na Ramin Sedaghati.

Waandishi wa mawasiliano: Sina Tavassoli Naini na Ramin Sedaghati.

Mchango sawa/uandishi wa kwanza sawa: Hakuna tamko kama hilo katika chanzo.

Taasisi:

1. Department of Mechanical, Industrial and Aerospace Engineering, Concordia University, Montreal, Quebec, Canada.
2. Department of Bioresource Engineering, McGill University, Ste-Anne-de-Bellevue, Quebec, Canada.

Jarida: Actuators.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Taarifa za kibibliografia: Actuators 2026, 15, 275.

DOI:10.3390/act15050275

Tarehe ya kuchapishwa: 18 Mei 2026. Kazi ilipokelewa 23 Machi 2026, ikafanyiwa marekebisho 11 Mei 2026 na kukubaliwa 12 Mei 2026.

Aina ya chanzo na hali ya mapitio ya kitaalamu: Ni makala ya utafiti iliyochapishwa katika Actuators. Chanzo kinaonyesha wazi tarehe za kupokelewa, kurekebishwa, kukubaliwa na kuchapishwa.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Uhusiano na kazi ya awali: Makala ni toleo lililorekebishwa kwa kiasi kikubwa na kupanuliwa la kazi yenye kichwa “Mechanical characterization and dynamic modeling of magnetorheological elastomers under shear mode”, iliyowasilishwa katika tukio la SPIE Smart Structures + Nondestructive Evaluation huko Long Beach, California tarehe 25–28 Machi 2024.

Ufadhili: Msaada wa Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) na Concordia University Faculty Research Support (FRS) umetajwa.

Kamati ya maadili: Haitumiki.

Ridhaa iliyoarifiwa: Haitumiki.

Upatikanaji wa data: Waandishi wanaeleza kwamba michango asilia ya utafiti iko katika makala na maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa mwandishi wa mawasiliano.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wanatangaza kwamba hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana: Sina Tavassoli Naini na Ramin Sedaghati; mbinu: Sina Tavassoli Naini, Alireza Moezi na Ramin Sedaghati; programu: Sina Tavassoli Naini; uthibitishaji: Sina Tavassoli Naini na Alireza Moezi; uchanganuzi rasmi: Sina Tavassoli Naini; utafiti na majaribio: Sina Tavassoli Naini pamoja na waandishi wenza husika; usimamizi, usimamizi wa mradi na upatikanaji wa ufadhili: Ramin Sedaghati.

Wigo wa majaribio: Sampuli za nyenzo za MRE zilitengenezwa kimwili na kujaribiwa kwenye magneto-rheometer. Kinyume chake, jiometri, tabia ya sumakuumeme na utendaji wa udhibiti wa kitenganishi kamili kilichopendekezwa cha mtetemo wa kiti vilitathminiwa kwa mbinu za analitiki, elementi zenye ukomo na simulizi.

Kikomo cha uundaji modeli: Modeli ya GM3 hutumika katika eneo la viskoelastiki ya mstari la strain ndogo. Athari ya Payne na tabia nyingine zisizo za mstari zinazoonekana katika strain kubwa hazijajumuishwa kwenye modeli kuu ya udhibiti.

Maelezo kuhusu masafa ya marudio: Katika sehemu ya majaribio ya nyenzo, sweep ya marudio imefafanuliwa kama 1–20 Hz, huku katika sehemu ya ubainishaji wa vigezo vya modeli masafa ya 0,1–20 Hz yakitajwa. Chanzo hakitoi maelezo tofauti kuhusu tofauti hii.

Maelezo kuhusu marudio asilia na resonance: Katika sehemu bora ya uendeshaji ya 3 A, marudio asilia yanaripotiwa kubadilika 5,40 → 17,03 Hz kwa takriban 0,79 T. Utafiti wa transmissibility wa open-loop umewekewa kikomo cha 0–0,6 T na katika masafa haya resonance hubadilika 5,40 → 12,43 Hz. Matokeo haya mawili yanatokana na viwango tofauti vya uga wa sumaku na hayapaswi kutumiwa badala ya kila mmoja.

Kikomo cha udhibiti: Gains za PID zilichaguliwa kwa tuning ya heuristic na ziliwekwa bila kubadilika katika simulizi zote zilizoripotiwa. Kwa hiyo, ubora wa PID ulioripotiwa unahusu modeli hii maalumu, msisimko na mipangilio ya gain.

Kikomo cha matumizi ya viwandani: Utafiti haujumuishi kiti halisi cha gari, mshiriki binadamu, jaribio la barabarani, uchovu wa kimitambo wa muda mrefu, joto la koili au kipimo cha uaminifu wa uwanjani. Waandishi wanataja utengenezaji wa prototipu na uzalishaji kama kazi ya baadaye.

Matokeo ya kisayansi katika maudhui haya ya Verianla yanategemea tu utafiti uliochunguzwa. Hakuna matokeo ya majaribio ya utendaji, mafanikio ya uwanjani au matumizi ya kibiashara ambayo hayapo katika chanzo yaliyoongezwa.