Ứng dụng pid trong mô phỏng hệ thống treo

đồ án tốt nghiệp Ứng dụng pid trong mô phỏng hệ thống treo trường đại học công nghiệp hà nội ( ứng dụng pid mô phỏng hệ thống treo )bao gồm mô phỏng và bản vẽ cad ứng dụng pid mô phỏng hệ thống treo đồ án tốt nghiệp haui

BỘ CÔNG THƯƠNG SINH VIÊN: DƯƠNG NGỌC LINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TRÊN XE MAZDA CX5 CBHD: PGS TS Nguyễn Thanh Quang Sinh Viên: Dương Ngọc Linh MSV: 2019607216 Hà Nội – Năm 2023 Mục lục Chương TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO TRÊN XE Ô TÔ 1.1 Những Vấn Đề Chung Về Hệ Thống Treo 1.1.1 Nhiệm vụ .6 1.1.2 Công dụng 1.1.3 Yêu cầu .6 1.1.4 Cấu Tạo Hệ Thống Treo .7 1.1.5 Bộ phận đàn hồi 1.1.6 Lị xo ( Nhíp) 1.1.7 Lò xo trụ 1.1.8 Thanh xoắn .10 1.1.9 Bộ phận giảm chấn 10 1.1.9.1 Giảm chấn kiểu ống đơn .11 1.1.9.2 Giảm chấn kiểu ống kép .11 1.1.10 Bộ phận dẫn hướng 14 1.2 Các Loại Hệ Thống Treo 15 1.2.1 Hệ thống treo MacPherson (1 chữ A) .15 1.2.2 Hệ thống treo tay đòn kép (2 chữ A) 15 1.2.3 hệ thống treo đa liên kết 16 1.2.4 Hệ thống treo khí nén 17 1.3 Kết cấu hệ thống treo xe Mazda CX5 19 1.3.1 Tổng hợp thông số xe Mazda CX5 .19 1.3.1.1 Thông số kỹ thuật (Dimensions) 19 1.3.1.2 Thông số tính tốn (Caculations) 20 1.3.2 Tổng quan treo Macpherson cầu trước xe 24 1.3.2.1 Lò xo nén 23 1.3.2.2 Các phận dẫn hướng 23 1.3.2.3 Giảm chấn .24 Chương BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 24 2.1 Tổng quan điều khiển PID 27 2.2 Cơ vòng điều khiển 28 2.3 Lý thuyết điều khiển PID .30 2.3.1 Khâu tỉ lệ 30 2.3.2 Drop(độ trượt) 31 2.3.3 Khâu tích phân 31 2.3.4 Khâu vi phân .33 2.3.5 Độ lợi tỉ lệ, 34 2.4 Điều chỉnh vòng lặp 34 2.4.1 Độ ổn định 34 2.4.2 Tối ưu hóa hành vi 35 2.4.3 Tổng quan phương pháp .35 2.4.4 Lựa chọn phương pháp điều chỉnh 35 2.4.5 Điều chỉnh thủ công 36 2.4.6 Tác động việc tăng thông số độc lập 37 2.4.7 Phương pháp Ziegler–Nichols 37 2.4.8 Phương pháp Ziegler–Nichols 37 2.4.9 Phần mềm điều chỉnh PID 37 Chương ỨNG DỤNG SIMULINK MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA PHẦN TỬ KHỐI LƯỢNG XE 39 3.1 Giới thiệu phần mềm Matlab – Simulink 39 3.1.1 Bắt đầu với Simulink 39 3.1.2 Tạo mơ hình tập tin (Model Files) .40 3.2 .Ứng dụng Matlab Simulink vào thiết lập mơ hình 42 3.2.1 Mơ hình dao động phần tử khối lượng .42 3.2.1.1 .Mơ hình dao động ¼ xe .42 3.2.1.2 Mơ hình dao động ½ .43 3.2.2 Hình khơng gian hệ thống treo 44 3.2.3 Thiết lập hệ phương trình vi phân mơ tả mơ hình dao động không gian 45 3.3 Mô dao động 46 3.3.1 Mơ hình dao động 1/4 .46 3.3.2 Mơ hình dao động qua điều khiển PID 46 3.3.3 Thông số đầu vào 47 Chương KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO .50 Danh mục hình ả Hình 1 cấu tạo hệ thống treo Hình đàn hồi dùng nhíp Hình Cấu tạo nhíp Hình Các loại lị xo trụ .9 Hình xoắn .10 Hình Giảm chấn kiểu ống đơn 11 Hình Giảm chấn kiểu ống kép 12 Hình sơ đồ cấu tạo giảm chấn 12 Hình phận dẫn hướng 14 Hình 10 hệ thống treo macpherson 15 Hình 11 Hệ thống treo macpherson chữ A .16 Hình 12 Hệ thống treo đa liên kết 17 Hình 13 Hệ thống treo khí nén 17 Hình 14 hệ thống treo kiểu macpherson cầu trước xe Mazda CX5 21 Hình 15 Hệ thống treo liên kết đa điểm cầu sau xe Mazda 22 Y Hình Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kp (Ki Kd số) .30 Hình 2 Đồ thị PV theo thời gian, tương ứng với giá trị Ki 32 Hình Đồ thị PV theo thời gian, với giá trị Kd (Kp and Ki khơng đổi) 33 Hình 1: Thư viện Simulink 39 Hình 2: Thư viện Simulink 40 Hình 3: Mơ đơn giản Simulink .41 Hình Mơ hình 1/4 xe .42 Hình 5: Mơ hình dao động xe 1/4 matlab 46 Hình 6: Mơ hình dao động qua điều khiển PID 46 Hình 1: Đồ thị biên độ dịch chuyển thân xe khơng có PID 48 Hình 2: Đồ thị biên độ dịch chuyển thân xe có PID 48 Chương TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO TRÊN XE Ô TÔ 1.1 Những Vấn Đề Chung Về Hệ Thống Treo 1.1.1 Nhiệm vụ - Tiếp nhận dập tắt dao động đảm bảo tính êm dịu chuyển động xe Truyền lực momen bánh xe khung xe - Truyền lực dẫn động truyền lực phanh - Đỡ thân xe tạo điều kiện cho xe chuyển động theo phương thẳng đứng, hạn chế chuyển động không mong muốn lắc theo phương ngang, phương dọc 1.1.2 Công dụng Hệ thống treo hiểu hệ thống liên kết mềm bánh xe khung xe vỏ xe Mối liên kết treo xe mối liên kết đàn hồi có chức sau đây: + Tạo điều kiện thực cho bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng với khung xe vỏ xe theo yêu cầu dao động êm dịu, hạn chế tới mức chấp nhận chuyển động khơng muốn có khác bánh xe lắc ngang, lắc dọc + Truyền lực bánh xe khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc lực bên + Xác định động học chuyển động bánh xe, truyền lực kéo lực phát sinh ma sát mặt đường bánh xe, lực bên mômen phản lực đén gầm thân xe + Dập tắt dao động thẳng đứng khung vỏ sinh mặt đường không phẳng + Khi ô tô chuyển động, với lốp hấp thụ cản lại rung động, dao động va đập xe để bảo vệ hành khách, hành lý cải thiện tính ổn định 1.1.3 Yêu cầu Trên hệ thống treo, liên kết khung xe khung vỏ cần thiết phải mền phải đủ khả truyền lực, quan hệ phải thực yêu cầu sau đây: + Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện dụng theo tính kỹ thuật xe (xe chạy loại đường khác nhau) + Bánh xe dịch chuyển thời hạn định + Quan hệ động học bánh xe phải hợp lý thỏa mãn mục đích hệ thống treo làm mền theo phương thẳng đứng không phá hỏng quan hệ động học động lực học chuyển động bánh xe + Không gây nên tải trọng lớn mối lien kết với khung, vỏ + Có độ tin cậy lớn, độ bền cao không gặp hư hỏng bất thường Đối với xe (minibus) cần phải quan tâm đến yêu cầu sau: + Giá thành thấp độ phức tạp hệ thống treo khơng q lớn + Có khả chống rung chống ồn từ bánh xe lên khung, vỏ xe tốt + Đảm bảo tính ổn định tính điều khiển chuyển động ô tô tốc độ cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng 1.1.4 Cấu Tạo Hệ Thống Treo Hình 1 Cấu tạo hệ thống treo Thơng thường cấu tạo hệ thống treo gồm có thành phần bản, bao gồm: phận đàn hồi, phận giảm chấn, phận dẫn hướng Trong phận có cấu tạo nhiệm vụ riêng mục đích chung giảm thiểu dao động, giúp xe di chuyển êm qua đoạn đường gồ ghề 1.1.5 Bộ phận đàn hồi Truyền lực thẳng đứng, lực đẩy lực phanh ôtô Giảm tải trọng động ô tô chuyển động đường không phẳng nhằm dập tắt chấn động đảm bảo ô tô chuyển động êm Phần tử đàn hồi hệ thống treo kim loại: Lị xo (nhíp), lị xo trụ, xoắn phi kim loại như: cao su, khí nén, thuỷ lực ngồi dùng kết hợp loại phần tử đàn hồi Bộ phận đàn hồi hệ thống treo thiết kế với kiểu sau: 1.1.6 Lị xo ( Nhíp) Là chi tiết đàn hồi lắp đặt cho ô tô để giảm xóc cho tơ (thường dung dòng xe tải) Được cấu tạo từ thép đàn hồi ghép lại với Hình Đàn hồi dùng nhíp -Ưu điểm: Có độ cứng vững bền cao dùng hàng loạt loại xe tải Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, sửa chữa giá thành rẻ -Nhược điểm: Tính êm dịu chuyển động trọng lượng nặng Việc bố trí nhíp bánh trước khó muốn đảm bảo độ võng tĩnh độ vọng động lớn phải làm nhíp dài mà dài khó bố trí Do nội ma sát nên nhíp khó hấp thụ dao động nhỏ từ mặt đường -Tổng quan nhíp cầu sau xe: Nhíp phận nối bánh xe khung xe có tác dụng làm giảm tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên thùng xe đảm bảo độ êm dịu chuyển động Bó nhíp làm từ thép cong gọi nhíp, xếp lại với theo thứ tự từ ngắn đến dài Đặc tính làm việc nhíp tải trọng tác dụng lên nhíp tăng biến dạng nhíp tăng theo quy luật tuyến tính Cấu tạo: gồm thép có chiều dài khác nhau, xếp theo thứ tự từ ngắn đến dài Các thép gắp với nhờ kẹp (3) bu long (2) Hai đầu bó nhíp có mắt lắp (5) quang treo (4) để lắp với khung xe 1-bó nhíp; 2-bu lơng; 3-kẹp; 4-quang treo; 5-mắt lắp với thân xe Hình Cấu tạo nhíp 1.1.7 Lị xo trụ Hình Các loại lị xo trụ Lị xo trụ thường dùng phổ biến ô tô du lịch với hệ thống treo độc lập Nó có tiết diện vng trịn Lị xo trụ làm từ dây thép lị xo đặc biệt có ưu điểm chịu tải va đập thay đổi liên tục, biến dạng đàn hồi mà khơng có biến dạng dẻo, giới hạn bền mỏi cao , quấn thành hình ống Khi đặt tải lên lò xo, dây lò xo bị xoắn bị nén Lúc này, lượng ngoại lực dự trữ va đập bị giảm bớt Lò xo dùng nhiều xe du lịch với hệ thống treo độc lập -Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn Nếu có độ cứng độ bền so với nhíp lị xo có khối lượng nhẹ độ bền, tuổi thọ cao