Bộ Cách Ly Rung Động Chủ Động: Điểm Mạnh, Điểm Yếu và Hạn Chế

Bộ cách ly rung động chủ động là hệ thống ngăn chặn rung động sử dụng điều khiển thông qua cảm biến và bộ truyền động làm việc với vòng điều khiển phản hồi để điều chỉnh lực hỗ trợ của bệ cách ly theo thời gian thực. Nguyên lý chung bao gồm việc lắp đặt cảm biến chuyển động hoặc gia tốc trên bệ, sau đó gửi tín hiệu đến bộ truyền động như động cơ từ tính để tạo ra lực chống rung động theo hướng ngược lại với rung động đang xảy ra. Điều này giúp bệ cách ly ngăn chặn tốt hơn các rung động từ sàn hoặc máy móc đến bệ, đặc biệt ở tần số thấp và tần số cộng hưởng nơi hệ thống thụ động hoạt động kém hiệu quả hơn.

Công Nghệ Điều Khiển trong Bộ Cách Ly Rung Động Chủ Động

Bộ cách ly rung động chủ động sử dụng nhiều thuật toán điều khiển khác nhau để đạt được giảm rung động hiệu quả hơn. Các phương pháp điều khiển phổ biến bao gồm:

Điều Khiển PID: Phương pháp điều khiển cổ điển sử dụng sai số tỷ lệ (P), tổng tích phân (I) và đáp ứng vi phân (D) để điều chỉnh lực đối kháng, giảm hiệu quả rung động trong các hệ thống có giả định tuyến tính.
Điều Khiển Thích Ứng: Bộ điều khiển tự động điều chỉnh theo thay đổi của hệ thống hoặc môi trường, chẳng hạn như tìm các tham số tối ưu khi tải trọng bệ thay đổi.
Điều Khiển Logic Mờ: Sử dụng phương pháp dựa trên quy tắc thay vì hàm toán học chính xác, phù hợp với các hệ thống có độ bất định cao hoặc phi tuyến tính, xử lý hiệu quả các bất định của mô hình.
Điều Khiển Bền Vững / Điều Khiển Tối Ưu: Các thuật toán tiên tiến như H-infinity, LQG, hoặc Model Predictive Control (MPC), được sử dụng khi hệ thống có bất định hoặc vấn đề đa đầu vào đa đầu ra. Thiết kế thường nhấn mạnh độ bền vững chống lại sai số và nhiễu bên ngoài.
Trí Tuệ Nhân Tạo và Mạng Nơ-ron: Học các mối quan hệ phức tạp của hệ thống từ dữ liệu và có thể ước lượng điều khiển ngoại tuyến hoặc trực tuyến để xử lý các phi tuyến tính phức tạp.
Các Kỹ Thuật Hiện Đại Khác: Như bù trừ feedforward và kỹ thuật đảo ngược mô hình để bù trừ quán tính hoặc trễ của bộ truyền động. Một số nghiên cứu sử dụng Particle Swarm Optimization hoặc phương pháp AI để điều chỉnh chính xác hơn các tham số điều khiển.

So Sánh Bộ Cách Ly Chủ Động và Thụ Động

Khi so sánh Bộ cách ly rung động chủ động với Bộ cách ly rung động thụ động, hệ thống thụ động có cấu trúc đơn giản, lắp đặt dễ dàng, chi phí thấp và không cần nguồn điện bên ngoài. Tuy nhiên, hiệu suất của chúng chỉ giới hạn ở dải tần số cao đến trung bình. Rung động tần số thấp hoặc gần tần số cộng hưởng nhận được sự suy giảm hạn chế và thậm chí có thể bị khuếch đại tín hiệu, gây ra tăng rung động bệ.

Hệ thống chủ động có lợi thế giảm hiệu quả rung động trong dải tần số thấp do phản hồi liên tục từ cảm biến và bộ truyền động điều chỉnh lực hỗ trợ. Điều này làm cho hệ thống chủ động phù hợp với các ứng dụng độ chính xác cao, có khả năng cân bằng theo thời gian thực và duy trì hiệu suất cách ly rung động trên dải tần số rộng hơn. Tuy nhiên, bộ cách ly rung động chủ động cần nguồn điện bên ngoài, phức tạp hơn để sử dụng và có chi phí cao hơn.

Điểm Mạnh, Điểm Yếu và Hạn Chế của Bộ Cách Ly Rung Động Chủ Động

Điểm Mạnh 

Có thể tạo hệ thống cách ly rung động băng thông rộng, đặc biệt ở tần số thấp, giảm thiểu tác động đến các thiết bị chính xác. Phản ứng nhanh, cải thiện đáng kể hiệu suất thiết bị trong điều kiện rung động thay đổi. Ngoài ra, khả năng điều khiển phản hồi cung cấp giảm rung động độ chính xác cao và linh hoạt cho các điều kiện vận hành khác nhau.

Điểm Yếu 

Yêu cầu nhiều cảm biến và bộ truyền động, có chi phí cao và cần điện năng để vận hành. Cũng có độ phức tạp cơ học và phần mềm điều khiển, yêu cầu thiết kế cẩn thận để ngăn ngừa lỗi. Hệ thống cần đủ công suất truyền động để hỗ trợ trọng lượng hệ thống ban đầu. Do đó, sử dụng bộ truyền động có độ cứng cao có thể giảm băng thông và hiệu quả triệt tiêu rung động.

Hạn Chế 

Bộ truyền động thường có hành trình hạn chế, làm cho chúng không phù hợp với rung động rất lớn. Hệ thống đa DOF (như 6 trục) yêu cầu nhiều bộ truyền động làm việc cùng nhau, gây ra vấn đề ghép chéo giữa các trục và yêu cầu kỹ thuật tách rời. Ngoài ra, điều khiển phản hồi có thể gặp độ trễ hoặc nhiễu cảm biến, yêu cầu thiết kế cho tính ổn định và bền vững chống lại các điều kiện bất thường.

Ví Dụ Ứng Dụng Bộ Cách Ly Rung Động Chủ Động

Máy Móc Độ Chính Xác Cao: Như kính thiên văn lớn, hệ thống gia tốc hạt, giao thoa kế độ chính xác cao, hoặc máy in thạch bản trong ngành công nghiệp bán dẫn, bao gồm các thiết bị đo lường cấp nano (như Kính hiển vi lực nguyên tử) yêu cầu độ ổn định nền.

Phòng Thí Nghiệm Nghiên Cứu và Công Nghệ Nano: Thiết bị kính hiển vi điện tử (SEM/TEM), máy kiểm tra wafer, máy in nano, hoặc thí nghiệm sử dụng các thiết bị có độ nhạy cao với rung động. Lắp đặt bộ cách ly chủ động có thể giúp kết quả thí nghiệm chính xác hơn.

Ngành Công Nghiệp Bán Dẫn và Điện Tử: Như máy in thạch bản tiên tiến trong các nhà máy sản xuất linh kiện điện tử yêu cầu định vị và bố trí chính xác nhất. Hệ thống cách ly rung động chủ động giảm rung động nhiễm từ các máy móc khác hoặc sàn nhà máy, tăng tỷ lệ sản xuất và giảm lỗi.

Công Nghệ Không Gian và Hàng Không: Bệ để lắp đặt thiết bị đo lường hoặc tải trọng trên vệ tinh và tàu vũ trụ, phải chịu được các vi rung động nhỏ từ quay hoặc các bộ phận cơ khí bên trong. Nghiên cứu gần đây đã áp dụng bệ Stewart với bộ truyền động áp điện để tạo hệ thống cách ly rung động cho vệ tinh nhằm duy trì độ chính xác của cảm biến.

Vì Active Vibration Isolators là thiết bị vô cùng quan trọng trong các phòng thí nghiệm cũng như các ngành công nghiệp công nghệ cao ở quy mô vi mô và nano, Hong Kong NTI cung cấp dịch vụ và phân phối các thiết bị hiệu suất cao từ những thương hiệu hàng đầu trong ngành.

Với hơn 16 năm kinh nghiệm và chuyên môn toàn cầu, chúng tôi đã cung cấp các thiết bị và dịch vụ chuyên nghiệp nhằm hỗ trợ hoạt động nghiên cứu và phát triển một cách hiệu quả.

Liên hệ với chúng tôi:
725 Tòa nhà S-Metro, Tầng 20, Đường Sukhumvit,
Khlong Tan Nuea, Watthana, Bangkok, Thái Lan

Điện thoại: +66 2-821-5278
Email: info@hknti.com
LINE: https://line.me/R/ti/p/@816txpya

https://www.researchgate.net/publication/349980422_Review_on_vibration_isolation_technology

https://www.nature.com/articles/s41598-024-84980-2

https://www.mdpi.com/2076-3417/14/17/7966

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7219080

https://www.researchgate.net/publication/48410606_Active_vibration_isolation_of_high_precision_machines

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7219080/

https://www.researchgate.net/publication/224651377_Active_vibration_control_of_a_isolation_platform_based_on_state_space_LQG