NGHIÊN cứu TRAOĐỎI ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN ĐIÈU KHIÊN TOÀN PHƯƠNG TUYÉN TÍNH CHO HỆ THỐNG TREO CHỦ ĐỘNG VỚI ĐỐI TƯỢNG NHIÈU ĐÂU VÀO APPLICATION THE LINEAR QUADRATIC REGULATOR CONTROL ALGORITHM FOR AN ACTI[.]
NGHIÊN cứu-TRAOĐỎI ỨNG DỤNG THUẬT TỐN ĐIÈU KHIÊN TỒN PHƯƠNG TUYÉN TÍNH CHO HỆ THỐNG TREO CHỦ ĐỘNG VỚI ĐỐI TƯỢNG NHIÈU ĐÂU VÀO APPLICATION THE LINEAR QUADRATIC REGULATOR CONTROL ALGORITHM FOR AN ACTIVE SUSPENSION SYSTEM WITH MULTIPLE INPUT OBJECTS Nguyễn Đức Ngọc, Nguyễn Tuấn Anh, Đặng Ngọc Duyên Khoa Cơ khí, Trường Đại học Thủy lợi TĨM TẮT Mấp mơ mặt đường ngun nhân gây nên dao động cho xe Neu xe bị dao động mạnh, độ an tồn tính tiện nghi bị ánh hưởng Trong tình đặc biệt, hệ thống treo bị động đảm báo chi tiêu dao động Do đó, hệ thống treo chù động dược đề xuất sử dụng để thay hệ thống treo khí thơng thường Bài báo thiết lập mơ hình động lực học phân hai đê mô dao động xe Bên cạnh đỏ, thuật tốn điêu khiên tồn phương tuyến tính LQR sử dụng để kiêm soát hoạt động hệ thong treo Q trình mơ thực bời phần mềm MATLAB-Simuỉink với hai trường hợp cụ thể Theo kết mô phỏng, dao động xe giảm hệ thong treo chủ động sử dụng Thuật tốn ứng dụng nhiều mơ hỉnh phức tạp Từ khóa: Hệ thống treo chủ động; Mô phong; Điều khiên LQR ABSTRACT Road surface roughness is the main cause of vehicle oscillations If the vehicle is subject to strong oscillations, safety and comfort may be affected In special situations, the passive suspension system cannot guarantee the oscillation quality Therefore, the active suspension system is proposed to replace the conventional mechanical suspension system This paper has established a half dynamics model to simulate vehicle oscillations Besides, the LQR (Linear Quadratic Regulator) algorithm is also used to control the operation of the suspension system The simulation process is performed by MATLAB-Simulink software with two specific cases According to simulation results, vehicle oscillation is reduced when the active suspension system is used This algorithm can be applied to more complex models Keywords: Active suspension system; Simulation; LQR control ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 40 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, SỐ 292, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAOĐÔI TÔNG QUAN VÂN ĐÈ NGHIÊN cứu điêu khiển, Với mơ M dfflj I [(bóc i phân hai, doi lượng xem xét có dạng Độ êm dịu xe vấn đề quan trọng xe Chuyến trẽn dường Sự mầt êm dịu có MIMO (Multi Input - Multi Output) Do đó, thê bị gày bời kích thích tù mặt đường Input - Singlê Output) PID (Proportional Integral Derivative) ọỉiưa liìực phù hợp [0] Dài háo đè xuất thuật toán điều khiên tồn phương tuyển tính LQR (Linear Quadratic kích thích từ bên ngồi Hệ thơng treo trang bị xe nhầm muọ đkll úảm Mo êm dịu vhọ mức độ cho phép Một hệ thống treo có thành phần, bao gồm: Bộ phận đàn hồi (lị xo, nhíp lá, xoắn, balloon khí), phận giảm chấn phận dần hướng (đòn ngang, đòn dọc, liên kết đa điểm) [1] Các dao động truyền từ mặt đường lên thân xe hấp thụ phần hệ thống treo Do đó, độ êm dịu xe chuyển động cải thiện tốt Hệ thống treo nói gọi hệ thống treo bị động (hay cịn gọi hệ thống treo khí) Trong số tình xe dao động mạnh, hệ thống treo bị động đảm bảo vấn đề tiện nghi ôn định cho xe Giải pháp đưa sử dụng hệ thống treo điều khiển điện tử hệ thống treo khí nén [2], hệ thống treo bán chù động [3] hệ thống treo chủ động [4], Hệ thống treo chủ động (còn gọi hệ thống treo tích cực) hệ thống phức tạp Đối với hệ thống treo loại này, bên cạnh việc sở hữu ba phần tử thơng thường, cịn trang bị thêm cấu chấp hành thủy lực [5] Cơ cấu chấp hành thủy lực đặt phần khối lượng treo phần khối lượng không treo Khi thân xe dao động, cấu chấp hành sinh lực tương ứng Fs để tác động lên hai phần khối lượng nhằm giảm thuật toán điều khiển dạng 5150 (Single Regulator) cho hệ thống treo chủ động Tất thơng số đầu mơ hình kiêm sốt cách chặt chẽ MƠ HÌNH ĐIÈU KHIÈN 2.1 Mơ hình động lực học Mơ hình động lực học phần hai sử dụng để mô dao động xe di chuyển đường (Hình 1) Tách phần khối lượng treo m khối lượng khơng treo m1? m2 Các phương trình mô tả dao động xe đưa sau: mz - FKỵ + FCÌ + FK2 + Fc2 Fsỉ + FS2 (1) J(/)=(-FCÌ-FKỈ + FC2-FK2-FSỈ-Fs2)b (2) mF\ ~ ^KT\ ~ Fc\ ~ ^Kỉ + ^Sỉ (3) m2z2 = Fkt2 (4) — Fc2 - Fk2 - FS2 Trong đó: dao động cho xe Lực lò xo: Hiệu hệ thống treo chủ động phụ thuộc vào thuật toán điều khiến FK\ =Kỵ(zỵ-Z-b(/>) (5) ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 292, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 41 NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỒI Hình Mơ hình động lực học phần hai 2.2 Thuật toán điều khiển Fk-> = K-,(z-, - z + b(/Ạ (6) Lực giảm chấn: FCỈ = Cì(ẻi -ẻ-bị) FC2 — C-^ (ẻ2 — Z + b(Ị>ỵ (7) (8) Để nâng cao hiệu hệ thống, tất thông số đầu hệ thống bao gồm: Chuyển vị khối lượng treo (z), góc nghiêng khôi lượng treo (ọ), chuyên vị khối lượng không treo (zỊ5 z2) cần phải kiểm sốt cách thích hợp Do đó, thuật tốn LQR cho hệ MIMO đề xuất sử dụng cho mô hình Lực cùa lốp: FKT\ = FĩẢr\ ~zì) Đặt (9) _ xỵ= z _ X-, = Xị _ x3=(p _ x4 = x3 10) x5 = zỵ x6 — x5 X-J = z2 x8 = x7 II) Hệ phương trình thiết lập viết lại dạng ma trận sau: Lực cấu chấp hành: Fs\ = FS2 ~ u X = AỵX + A->u + A3r ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 42 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 292, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn (12) NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỎI (K,+Â >) J £ £ 0 q m m m 0 m m m m m ' • 1 (i Ợlị ' (+0 n C1 Kb c ' J '1 in H) _Ịy ỉ “ J J J J 0 Q W CẠ _£ 0 (7C+M ^ J 4= (c,-c,)6 ọ tõ | m, m,