Mecanismo de assistência de potência para pêndulo duplo?

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Estou fazendo um pêndulo duplo para uma instalação de arte, e gostaria de acrescentar energia ao sistema para compensar as perdas por atrito e arrasto, para que ele possa rodar mais ou menos indefinidamente.

O projeto até agora tem o pêndulo superior conectado a um eixo no topo que é paralelo ao solo e pode girar livremente. Até agora desenhei um projeto que usa um sensor de posição rotacional e um microcontrolador para determinar a velocidade e a posição atual do eixo do pêndulo. Um pequeno motor elétrico reversível conecta-se ao eixo com uma correia de acionamento um pouco "mole" em torno da consistência de um elástico (para diminuir o impacto de mudanças caóticas rápidas que não combinam com a direção de entrada de energia). Como o eixo gira imprevisivelmente, o software de controle irá reverter ou avançar o motor para adicionar uma pequena força na direção de rotação atual. Uma vez sintonizada, a esperança é que ela não interfira perceptivelmente com o movimento natural do pêndulo enquanto adiciona energia suficiente para manter o pêndulo balançando com a mesma energia total que começou.

Questões: 1) Existem maneiras mecanicamente mais simples de adicionar energia a um sistema tão caótico? 2) A energia adicionada ao pêndulo superior será distribuída ao pêndulo inferior de uma maneira que deixaria um observador casual inconsciente, ou o sistema desenvolveria um movimento obviamente antinatural? 3) Como posso estimar aproximadamente (+ -50%, para dimensionar o motor de acionamento) a energia média necessária para superar as perdas por atrito e arrasto?

crypticsymbols
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Eu sugeriria mais algumas pesquisas sobre pêndulos duplos. É totalmente plausível que, artificialmente, isso seja teoricamente impossível, já que você estaria deterministicamente chutando um sistema caótico. A resposta aceita não é um bom exemplo, já que o brinquedo tem graus de liberdade adicionais em comparação com um pêndulo duplo.
Paul Uszak

Respostas:

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Brinquedos de mesa de pêndulo de movimento perpétuo tem uma bobina magnética na base que é pulsada no deslocamento correto do pêndulo. Isto aplica uma pequena força de assistência ao íman permanente no pêndulo em cada passagem. UMA pergunta sobre Engenharia Elétrica SE explica o circuito de condução.

Se visualmente você não pode aceitar um ímã passando perto de uma bobina, um motor de corrente contínua seria uma opção também. Eu provavelmente não faria interface com um elástico, pois seria um sistema muito desleixado, com folga para resolver. Eu conectaria a unidade direta ou com um cinto dentado. Você poderia desenvolver um programa de circuito ou microcontrolador que forneceria um feedback positivo ao motor. Basicamente, lendo a tensão do motor e adicionando uma porcentagem a isso. A polaridade mudaria no sentido horário vs no sentido anti-horário, assim como a corrente de assistência.

ericnutsch
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Excelente informação, obrigado! Estou curioso sobre a abordagem motora - isso implicaria um ciclo de tensão de leitura - & gt; definir tensão - & gt; ler tensão, ou existe uma maneira de fazer isso continuamente usando um único motor? Há algum tipo de motor comumente disponível que tenha 2+ circuitos isolados (leia de um, defina outro)?
crypticsymbols
Todos os motores dc geram "back fem" ao girar. Um motor que não está em movimento não tem fem de volta e vai puxar muita corrente (amperes de rotor bloqueado). Um motor que está girando a uma rpm constante com zero atrito ou carga terá um fem de volta igual à tensão aplicada. O emf traseiro pode ser medido intermitente ou continuamente conforme explicado nesta resposta EE SE: electronics.stackexchange.com/questions/54997/…
ericnutsch
@ericnutsch Como você saberia o "tempo correto", pois, por definição, as variações do pêndulo inferior e superior são totalmente imprevisíveis? Não se esqueça que adicionar energia de maneira regular a um sistema caótico pode amortecê-lo ou colocá-lo em sincronia.
Paul Uszak
@PaulUszak, eu estava me referindo a um único pulso sendo acionado antes do deslocamento em oposição a um torque aplicado continuamente. Mas boa captura que poderia ser confusa; Vou editá-lo.
ericnutsch
Ah não. Isso é exatamente o que eu quis dizer não fazer. O sistema é caótico. Você tem certeza de que permanecerá assim se você continuar chutando regularmente, e quando você saberá quando chutá-lo? Não é um relógio e o balanço não é periódico - é aleatório. Dê uma olhada no YouTube e você verá que ...
Paul Uszak
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Para mostrar um pêndulo duplo de queda livre completo, uma embreagem que separa seu motor funcionaria suficientemente.

Eu ainda recomendaria um sensor de velocidade angular e de posição - quando a magnitude da rotação desacelera abaixo de um ponto de ajuste especificado, faça o motor começar a acelerar a embreagem até uma velocidade além da rotação angular do motor. Quando a rotação angular estiver na direção correta, engate a embreagem. Em seguida, peça a um gerador de números aleatórios que determine por quanto tempo a embreagem fica engatada, para garantir que cada segundo da demonstração seja novo. Durante essa energização, isso será perceptível aos olhos, mas resultará em um pêndulo duplo perpétuo que age de forma verdadeiramente aleatória.

Mark
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