Ny algoritme kan hjælpe maskiner med at undgå skader eller funktionsfejl fra resonansfrekvenser

Denne måned, Samsung tilbagekaldte 2,8 millioner topfyldte vaskemaskiner på grund af for store vibrationer, der kunne få toppen til at bryde af-et problem, der førte til mindst ni rapporterede skader. Vibrationerne sker, når vaskemaskinens normale svingninger bliver fanget i resonans, får det til at ryste hårdere og hårdere ved resonansfrekvensen.

Det er et problem, der ikke kun rammer vaskemaskiner. Det kan være et problem med alle slags maskiner, der er afhængige af vibrationer og svingninger, såsom industrielle rysteindretninger, der bruges til at adskille grus i forskellige størrelser og andre råmaterialer, eller gummimaskiner, der løsner sedimentet, der sidder fast på indersiden af ​​en champagneflaske og gør affaldet lettere at fjerne.

Men nu har forskere udviklet en algoritme, der kan hjælpe maskiner med at undgå at blive fanget i denne resonante bevægelse. Ved hjælp af en kombination af computersimuleringer og eksperimenter, forskerne fandt ud af, at ved omhyggeligt at øge og reducere hastigheden på en rotor, de kunne skubbe den forbi dens resonansfrekvens. Rotoren sætter sig ikke fast i resonans som den defekte vaskemaskine.

"Vores metode er analog med at skubbe en bil frem og tilbage for at få den ud af en grøft, "sagde Alexander Fradkov fra Institute of Problems in Mechanical Engineering, Det Russiske Videnskabsakademi. Han og hans kolleger beskriver deres nye forskning i denne uge i Kaos .

Deres metode gælder især, når man tænder en maskine, og rotoren fremskynder. Når det accelererer, afhængigt af konstruktionen af ​​resten af ​​maskinen, det kan nå en resonansfrekvens. Rotoren kan derefter blive fanget i drift ved denne frekvens, som kan forårsage skade eller simpelthen betyde, at maskinen ikke fungerer som designet.

Forøgelse af rotorens kraft kan skubbe den over pukklen, men det kræver mere energi og en større, uhåndterlig motor.

I stedet, forskerne fandt ud af, at ved at øge eller sænke rotorens hastighed med små mængder, de kunne kontrollere dens frekvens og få den forbi resonans. De brugte en computer til at modellere et system, hvor to vibrationsrotorer er koblet sammen. Deres modelresultater matchede dem fra en to-rotor maskine designet til denne slags eksperimenter.

Forskerne brugte også specifik matematisk analyse for at vise, at ved at kontrollere et system med vilkårligt små intensiteter, de kunne flytte den fra en bevægelsestilstand til enhver anden tilstand. Dette teoretiske scenario, involverer et system med kun en grad af frihed og antager ingen friktion, er vigtig for bedre at forstå cybernetisk fysik - studiet af, hvordan man styrer et fysisk system, Fradkov forklarede.

"Dette resultat giver os mulighed for at være mere optimistiske i praktiske applikationer, da det giver en algoritme til, hvordan man bevæger sig fra en position til en anden med lille indsats, " han sagde.

Det næste trin, siger forskerne, er at se, hvordan du kunne styre et system nær resonanser ved højere frekvenser (og derfor energier) og for at undersøge virkningerne af forskellige indledende forhold.