Управление продольными колебаниями мехатронной системы при помощи емкостного параметра

Abstract

Актуальность исследования. Область использования мехатронных систем постоянно расширяется. В зависимости от их назначения требуется управлять различными типами движения при помощи соответствующих нейронных сетей. Разработка новых типов актуаторов и сенсоров является актуальной научной проблемой. Цель работы заключается в изучении динамики тороидального актуатора на упругой подвеске с электроемкостью в качестве управляющего параметра. Методы исследования. Составлены и исследованы дифференциальные уравнения движения для свободных и вынужденных колебаний системы. Теоретическое изучение опирается на эксперимент, в котором наблюдается продольное движение тороида с током в поле магнитной пары, анализ движения производится на основе дифференциальных уравнений. Результаты. Теоретически описаны собственные и вынужденные колебания тороидального актуатора в потенциальном магнитном поле при наличии конденсатора в электрической цепи. Рассмотрен частный случай, когда потенциальное магнитное поле является стационарным и однородным. Определена магнитная сила, действующая на тороид с током в потенциальном магнитном поле при наличии конденсатора во внешней цепи. Установлено, что эта сила пропорциональна ускорению тороида и направлена вдоль его оси. Вывод. Емкостный параметр системы приводит к уменьшению квазиинерционного коэффициента. Из дифференциального уравнения собственных колебаний системы определяется значение собственной частоты при электромагнитном воздействии. В частном примере произведено сравнение этой частоты с частотой в отсутствие магнитной силы. Сделан вывод о возможности электромагнитной подстройки собственной частоты системы регулировкой емкостного параметра. Из дифференциального уравнения вынужденных колебаний получена расчетная формула для определения резонансной электроемкости. Результаты теоретического исследования можно использовать для создания мехатронных систем с тороидальным актуатором. Управление собственными частотами таких систем удобно производить регулировкой емкостного параметра, включенного в электрическую цепь.

Research relevance. The area of mechatronic systems use is constantly expanding. Depending on their purposes the control of different modes of motion using appropriate neural networks is needed. The development of new types of actuators and sensors is a vital scientific challenge. The research is aimed at the dynamics study of an elastically suspended toroidal actuator with electric capacity as a control parameter. Research methods. The authors have obtained and solved differential equations of motion for free and forced vibrations of the system. Theoretical study is based on the experiment in which the longitudinal motion of the toroid with current in a magnetic field pair is observed, motion analysis is based on the differential equation. Results. The paper describes theoretically free and forced vibrations of the toroidal actuator in a potential magnetic field in the presence of a capacitor in an electric circuit. The authors consider the special case when a potential magnetic field is stationary and homogeneous and determine the magnetic force acting on the toroid with current in a potential magnetic field in the presence of the capacitor in the external circuit. It was found that this force is proportional to the acceleration of the toroid and it is directed along the axis. Conclusion. The capacitive parameter reduces the system quasi-inertial coefficient. From the differential equations of natural vibrations of the system, the value of the natural frequency at the electromagnetic influence is determined. In the particular example compared the frequencies of a frequency in the absence of magnetic forces. The conclusion was made on possibility of adjusting the natural frequency of the electromagnetic system using capacitive parameter. From the differential equation of the forced oscillations the authors obtained the formula for calculating the resonant electric capacity. The results of theoretical research can be used to develop mechatronic systems with toroidal actuator. The eigen frequencies of such systems can be conveniently controlled by adjusting the capacitance parameter included in the circuit.