Den här månaden, Samsung återkallade 2,8 miljoner toppmatade tvättmaskiner på grund av överdrivna vibrationer som kunde få toppen att gå av – ett problem som ledde till minst nio rapporterade skador. Vibrationerna uppstår när tvättmaskinens normala svängningar fastnar i resonans, får den att skaka hårdare och hårdare vid resonansfrekvensen.
Det är ett problem som inte bara drabbar tvättmaskiner. Det kan vara ett problem med alla typer av maskiner som är beroende av vibrationer och svängningar, såsom industriella skakanordningar som används för att separera grus av olika storlekar och andra råmaterial, eller riddlingmaskiner som lossar sedimentet som sitter fast på insidan av en champagneflaska och gör skräpet lättare att ta bort.
Men nu har forskare utvecklat en algoritm som kan hjälpa maskiner att undvika att fastna i denna resonansrörelse. Med hjälp av en kombination av datorsimuleringar och experiment, forskarna fann att genom att försiktigt öka och minska hastigheten på en rotor, de kunde knuffa den förbi dess resonansfrekvens. Rotorn fastnar inte i resonans som den trasiga tvättmaskinen.
"Vår metod är analog med att skjuta en bil fram och tillbaka för att få den ur ett dike, " sa Alexander Fradkov från Institute of Problems in Mechanical Engineering, Ryska vetenskapsakademin. Han och hans kollegor beskriver sin nya forskning den här veckan i Kaos .
Deras metod gäller särskilt när man sätter på en maskin och rotorn går upp. När det accelererar, beroende på utformningen av resten av maskinen, den kan nå en resonansfrekvens. Rotorn kan då fastna i drift vid denna frekvens, vilket kan orsaka skada eller helt enkelt betyda att maskinen inte fungerar som den ska.
Att öka rotorns kraft kan trycka den över puckeln, men det kräver mer energi och en större, otymplig motor.
Istället, forskarna fann att genom att öka eller sänka rotorns hastighet med små mängder, de kunde kontrollera dess frekvens och få den förbi resonans. De använde en dator för att modellera ett system där två vibrationsrotorer är sammankopplade. Deras modellresultat matchade de från en tvårotorsmaskin designad för den här typen av experiment.
Forskarna använde också specifik matematisk analys för att visa att genom att kontrollera ett system med godtyckligt små intensiteter, de kunde flytta det från ett rörelsetillstånd till vilket annat tillstånd som helst. Detta teoretiska scenario, involverar ett system med endast en frihetsgrad och antar ingen friktion, är viktigt för att bättre förstå cybernetisk fysik – studiet av hur man kontrollerar ett fysiskt system, förklarade Fradkov.
"Detta resultat tillåter oss att vara mer optimistiska i praktiska tillämpningar eftersom det ger en algoritm för hur man kan flytta från en position till en annan med liten ansträngning, " han sa.
Nästa steg, forskarna säger, är att se hur du kan kontrollera ett system nära resonanser vid högre frekvenser (och därmed energier) och att utforska effekterna av olika initiala förhållanden.
