Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường mô phỏng dao động xoắn hệ trục tàu thủy trên cơ sở ứng dụng phần mềm labview

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ề Đ in tà iê gh THUYẾT MINH n ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG u kh oa ĐỀ TÀI họ c MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG XOẮN HỆ TRỤC TÀU THỦY TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW Chủ nhiệm đề tài: Thành viên tham gia: THS CAO ĐỨC HẠNH TSKH ĐỖ ĐỨC LƯU THS NGÔ QUỐC VINH Hải Phòng, tháng 5/2015 MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG XOẮN HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY CHƯƠNG II: MƠ HÌNH HĨA HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY DÙNG CHO DAO ĐỘNG XOẮN 11 2.1 Các mơ men kích thích sinh dao động xoắn 11 2.2 Mơ hình rời rạc dùng cho nghiên cứu dao động xoắn hệ động lực tàu thủy 15 2.3 Xác định thơng số mơ hình rời rạc 16 2.4 Mơ hình tốn học dùng cho nghiên cứu dao động xoắn 22 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG XOẮN TỰ DO 26 Đ ề CHƯƠNG IV: THUẬT TỐN TÍNH VÀ MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG XOẮN HỆ TRỤC 31 in tà gh 4.1 Ngôn ngữ lập trình Labview 31 n iê 4.2 Sơ đồ tổng thể q trình tính tốn 35 u 4.3 Chương trình tính mơ men qn tính hệ trục 36 kh 4.4 Chương trình tính hệ số cứng xoắn đoạn trục 37 oa 4.5 Thuật tốn tính dao động xoắn tự 38 họ 4.6 Sơ đồ khối trình mơ phỏng: 39 c 4.6 Thuật tốn mơ xây dựng đồ thị công 42 KẾT LUẬN 43 Tài liệu tham khảo 44 MỞ ĐẦU Công tác mô vấn đề kỹ thuật máy móc phát triển áp dụng nhiều lĩnh vực hoạt động công nghiệp đời sống hàng ngày nước có công nghệ tiên tiến giới Việc mô tốt giúp nắm rõ chất vấn đề, thể khả xảy thực tế Đã có nhiều mơ hoạt động, tượng kỹ thuật máy tàu thủy với dao động xoắn tính phức tạp thân vấn đề nhiều hạn chế máy móc cơng cụ nên ta chưa giải tốt toán Gần đây, với phát triển hãng NI cung cấp cho công cụ với chi phí hợp lý để thực hóa việc mô ề Đ Nhận thấy tầm quan trọng vấn đề này, tác giả vào nghiên cứu đề tài: Mô dao động xoắn hệ trục tàu thủy sở ứng dụng phần mềm Labview Đề tài có mục tiêu xây dựng lý thuyết sở tốn học tính tốn; ứng dụng công cụ đo lường tiên tiến để thu thập liệu trạng thái máy tàu thủy vận hành; xây dựng chương trình để xử lý liệu thu thập in tà n iê gh Báo cáo gồm chương nội dung, phần mở đầu, phần kết luận, phần phụ lục tài liệu tham khảo Chương 1: Tổng quan dao động xoắn u Chương 2: Mơ hình hóa hệ động lực tàu thủy kh oa Chương 3: Nghiên cứu dao động xoắn tự c họ Chương 4: Các thuật tốn tính dao động xoắn mơ Phần kết luận tổng kết công việc thực kết đạt đồng thời đề cập đến công việc hướng nghiên cứu tương lai Chương I - Tổng quan dao động xoắn Thuyết minh NCKH CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG XOẮN HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY Hệ trục hệ động lực động Diesel tàu thủy chịu tác động từ mô men xoắn thay đổi theo chu kỳ lực quán tính lực khí cháy xy lanh động để truyền cho chân vịt tạo lực đẩy tàu, hệ trục chịu tác động điều kiện thủy động thay đổi chân vịt Chính điều kiện làm việc nặng nề đó, hệ trục địi hỏi yêu cầu cao vật liệu công nghệ chế tạo Mặc khác, hệ trục động Diesel tàu thủy chiếm tỷ lệ cao giá thành hệ động lực, toàn tàu ề Đ Trong trình vận hành khai thác tàu thủy, xảy cố gãy vỡ hệ trục nguy hiểm cho tính mạng thuyền viên tài sản, hàng hóa tàu, lẽ sửa chữa khắc phục hư hỏng hệ trục tàu Trong thực tế có nhiều tàu xảy cố gãy trục trung gian, trục khuỷu Nguyên nhân khuyết tật gia cơng chế tạo lắp ráp khác thác người hành máy chạy số vòng quay cộng hưởng hay với số xy lanh bị ngắt nhiên liệu kéo dài in tà n iê gh Để tiện dụng khai thác, đồng hồ vòng quay, nhà chế tạo đánh dấu vùng cấm khai thác (màu đỏ), thay đổi số vòng quay qua vùng ta phải đưa tay ga thật nhanh để tránh cho động làm việc số vòng quay cộng hưởng Nếu khai thác chế độ vòng quay tới hạn làm cho chi tiết hệ trục nhanh chóng tiến tới giới hạn bền mỏi, tượng gãy vỡ tránh khỏi ứng suất xoắn vượt giới hạn phạm vi cho phép Dao động cộng hưởng làm cho động chạy ổn định, rung động nhiều, tiếng kêu lớn Nguyên nhân, dao động cộng hưởng, tốc độ góc trục khuỷu chênh lệch khác phá hoại cân hệ lực qn tính Do gây tượng va đập, rung động, ảnh hưởng xấu đến sức bền tuổi thọ phận cấu thành Thứ hai trục bị nóng, trục khuỷu dao động cộng hưởng mat sát nội phân tử vật liệu phát sinh nhiệt Ngoài dao động cộng hưởng cịn làm giảm cơng suất động cơ, lẽ phần công động bị tiêu hao cho ma sát thân động nóng rung động Hiện tượng rung động cộng hưởng, liên tục ảnh hưởng không tốt tới sức khỏe thuyền viên hoạt động ổn định thiết bị khác tàu u oa kh c họ Nhằm hạn chế khắc phục tác hại xấu tượng cộng hưởng gây ra, ta cần sâu nghiên cứu dao động xoắn, xác định tần số dao động tự hệ trục cơ, tìm số vòng quay tới hạn ứng xuất xoắn lớn cho phép để tính tốn dự trữ bền đảm bảo an tồn cho hệ động lực q trình khai thác Chương I - Tổng quan dao động xoắn Thuyết minh NCKH Có nhiều phương pháp để nghiên cứu dao động xoắn, phương pháp mơ hình toán học, phương pháp thực nghiệm phương pháp đòi hỏi thiết bị đo chuẩn xác, thời gian khối lượng tính tốn lớn, độ xác kết khơng cao Để giải đề cấp thiết nghiên cứu dao động xoắn, nâng cao độ xác, rút ngắn thời gian tính thử nghiệm, tự động hóa q trình tính toán thiết kế, đề tài tập trung giải tốn dao động xoắn máy vi tính Hiện với phát triển công nghệ điện tử - tin học, hệ máy điện toán lớn máy vi tính cá nhân có mặt hầu hết lĩnh vực khoa học kỹ thuật nên vấn đề xây dựng phần mềm để giải toán đặt quan trọng Để giải toán dao động xoắn hệ trục tàu thủy máy tính, đề tài sử dụng lý thuyết dao động, toán học, học, lập trình vi tính Phần mềm thuận tiện áp dụng cho tất hệ động lực tàu thủy khai thác Việt Nam ề Đ Việc nghiên cứu dao động xoắn hệ động lực tàu thủy có ý nghĩa thực tế tầm quan trọng đặc biệt Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu nước đề cập đến vấn đề Đơn cử năm 1907 Gumbel Frem ghi lại hai trường hợp gãy trục động tàu thủy mà trục thiết kế tốt Frem thu từ thực nghiệm ứng suất trục truyền có dấu hiệu thay đổi giải thích tượng có mặt dao dộng xoắn Tại Việt Nam, có số tàu tàu Bạch Đằng nhà máy đóng tàu Bạch Đằng thiết kế đóng bị gãy trục trung gian, nguyên nhân có nhiều song yếu tố dao động xoắn hệ trục vượt giới hạn cho phép n iê gh in tà u oa kh họ c Người ta đưa nhiều phương pháp để nghiên cứu dao động xoắn, chủ yếu phương pháp thực hiệm mơ hình tốn học Với phương pháp thực nghiệm người ta dùng số thiết bị đo Tenzô điện trở, xoắn ký, xoắn ký điện tiến hành đo hệ thống thực Trước đây, việc đo dao động xoắn thường dùng thiết bị đo kiểu học, ngày thiết bị đo điện sử dụng rộng rãi Ưu điểm thiết bị đo dao động điện ghi dao động tần số cao, số vòng quay trục lớn, chế độ làm việc không ổn định động ( khởi động, đảo chiều trục khuỷu ) Các thiết bị phân tích điều hòa đường cong dao động phức tạp thời gian đo độ xoắn trục Trong năm gần đây, việc sử dụng Tenzô cảm biến dây kim loại để đo biến dạng dùng phổ biến nên kỹ thuật đo dao động xoắn có bước phát triển lớn Các Tenzô điện trở dán đoạn trục khó quan sát lỗ dẫn dầu trục khuỷu, rãnh bánh nên cảng mở rộng khả khảo sát biến dạng phương pháp thực nghiệm Đo biến dạng trục khác với phương pháp đo xoắn ký chỗ nhiều trường hợp, có Chương I - Tổng quan dao động xoắn Thuyết minh NCKH thể trực tiếp tìm biên độ ứng suất tiết diện nguy hiểm trục kết đo xác Trong đo xoắn ký trước tiên phải tính chuyển đổi biên độ dao động tính ứng suất tiết diện nguy hiểm Hơn nữa, xoắn ký thường hay lắp đầu tự trục khuỷu để đo biên độ dao động tiết diện tính chuyển đổi cho tiết diện khác theo đường cong đàn hồi hệ trục Chính hệ trục khơng có đầu tự để lắp thiết bị đo khơng thể đo xác Với phương pháp thực nghiệm, độ xác phụ thuộc lớn vào người đo, thiết bị đo, phương thức đo, tất nhân tố đảm bảo kết đo có ý nghĩa, nhiều phương pháp thực nghiệm chứa sai số lớn Nhằm khắc phục hạn chế phương pháp thực nghiệm để bổ trợ cho người ta dùng phương pháp mơ hình tốn học Trong phương pháp này, hệ mơ dạng hệ phương trình vi phân tuyến tính Việc giải hệ phương trình khơng khó khăn, đặc biệt nhanh xác ta áp dụng phần mềm vi tính ứng dụng chuyên sâu ề Đ Để nghiên cứu dao động xoắn hệ, thông thường ta đưa hệ thống thực dạng mơ hình rời rạc mơ hình liên tục Tùy theo cấu tạo bố trí phần tử hệ thống thực mà người ta mơ hình hóa chúng cho phù hợp Với động xy lanh, ta coi hệ đàn tính khối lượng dạng đĩa trịn gắn trục đàn hổi có độ cứng trục hệ thống thực Với động có nhiều xy lanh, ta coi hệ có n khối lượng liên kết đàn tính Ngồi người ta cịn đưa hệ thực hệ tương đương theo mơ hình liên tục Lúc hệ coi đoạn trục có khối lượng độ cứng, ta chia trục thành n đoạn, điểm chia thiết diện có thay đổi tính chất trục có khối lượng tập trung, thay đổi thiết diện trục, vật liệu thay đổi n iê gh in tà u oa kh họ c Bài tốn mơ hình hóa hệ nghiên cứu dao động thường tiến hành theo số bước sau:  Nghiên cứu đối tượng xét dao động xoắn, ví dụ hệ động lực với số lượng xy lanh, hộp số, bánh đà, trục trung gian, trục chân vịt chân vịt Ta đo thơng số kích thước, hình dạng, vật liệu thông số khác Từ đây, tiến hành tính tốn moomen qn tính khối lượng thành phần, hệ số cản điểm định, hệ số cứng xoắn đoạn trục, moomen lực tác dụng lên thành phần khối lượng  Xây dựng mơ hình tốn học cho hệ phương trình Lagrange loại hai nguyên lý Dalambe để thành lập phương trình vi phân  Xét dao động tự do: tìm tần số dao động tự dạng dao động tự (xây dựng đường cong đàn hồi)  Nghiên cứu dao động cưỡng bức: tập trung vào nghiên cứu cộng hưởng vùng lân cận cộng hưởng Xác định biên độ ứng suất dao động mạnh so sánh chúng với ứng suất giới hạn Chương I - Tổng quan dao động xoắn Thuyết minh NCKH Các phương pháp cổ điển tính dao động xoắn hệ trục tàu thủy khơng đủ xác để đưa dự trữ bền Trong nhiều trường hợp khơng hữu hiệu dùng vào việc phân tích nguyên nhân gãy trục hệ thống động lực Do năm 1983 hãng PEIconsultans xây dựng chương trình để mơ tốn học dao động xoắn hệ trục tính tốn khử xoắn Để tính tốn dao động xoắn, hãng PEI xây dựng chương trình TSC (torsional simulation code), áp dụng phương pháp phân tích phổ tần cho hệ nhiều bậc tự Với chương trình TSC viết ngơn ngữ Fortran 77, hệ phương trình tuyến tính giải theo phương pháp Gause Chương trình TSC nhiều chương trình tính tốn khác cho dao đọng xoắn giúp ta đánh giá độ bền trục khuỷu Độ tin cậy chương trình tính so sánh với dao động xoắn đo từ thực nghiệm đầu tự trục động cho thành phần điều hòa tổng thành phần điều hịa Tổng thành phần điều hịa theo TSC tính cho 24 tần số Sự khác biệt 7-8% thực nghiệm tính tốn giải thích sai số đo việc xác định thành phần điều hịa Đ ề Khi tính tốn dao động xoắn, điều quan trọng ta đánh giá ảnh hưởng sai số (xác định hệ số) đến kết Hiện ta dùng ACAD (3DCAD) sai số tính moomen qn tính 𝛿𝐽𝑖 ≤ ±3%, cịn hệ số cứng (Ci) dùng phương pháp phần tử hữu hạn đạt 𝛿𝐶𝑖 ≤ ±10%, sai số tính hệ số cản xoắn 𝜉𝑖 tới ±100% chúng ảnh hưởng lớn ta tính dao động cộng hưởng n iê gh in tà u kh oa Để nghiên cứu dao đọng xoắn, ta cho gia số mơ men qn tính 𝛿𝐽𝑖 = ±5% Kết nghiên cứu moomen quán tính bánh đà tăng lên 𝛿𝐽𝑏𝑑 = 𝑥 ±5% ứng suất xoắn lớn 𝑃𝑚𝑎𝑥 tăng lên khoảng 2,5MPa, giảm 𝛿𝐽𝑏𝑑 𝑥 5% 𝑃𝑚𝑎𝑥 tăng lên 0,4MPa Do ta phải chọn moomen quán tính bánh đà cho tối ưu c họ Xét biên độ dao động xoắn đầu tự trục khuỷu 𝜑𝑓 , tăng 𝛿𝐽𝑏𝑑 = +5% 𝜑𝑓 tăng mộ lượng Δ𝜑𝑓 = 0,05%, giảm 𝛿𝐽𝑏𝑑 = −5% 𝜑𝑓 khơng thay đổi Khi tăng giảm hệ số cứng xoắn 𝛿𝐶𝑖 = ±10% ảnh hưởng đến dao động xoắn Trong nghiên cứu dao động cộng hưởng, ảnh hưởng hệ số cản xoắn đến chúng lớn Các biên độ đồ thị công thị ảnh hưởng trực tiếp đến tần số dao động cưỡng thu Số lượng thành phần điều hịa ảnh hưởng đến độ xác kết tính tốn, số lượng thành phần điều hịa 𝑟 ≤ 12 việc tính tốn có sai Chương I - Tổng quan dao động xoắn Thuyết minh NCKH số đáng kể Mỗi liên hệ góc xoắn 𝜑𝑓 với số lượng r thành phần điều hịa khơng tuyến tính Khi tính dao động xoắn cần thiết phải xét đồng thời dao động Thí dụ tính đến dạng dao đọng xoắn độ xác tăng lên 8% so với việc tính đến dạng Chương trình TSC đảm bảo điều kiện cao ta tính đồng thời tất dạng dao động xoắn Việc đánh giá chung thay đổi thông số đặc trưng cho hệ dao động xoắn thể qua kết tính tốn thơng số sau:      Mơmen qn tính Độ cứng chống xoắn Hệ số cản xoắn Biên độ đồ thị công Sự thay đổi độ dự trữ bền ề Đ Một vấn đề quan trọng quan tâm việc khử rung giảm chấn cho hệ trục, ta thấy đầu tự nhiều động đốt đại có đặt giảm xoắn Hàng PEI xây dựng chương trình DSC nghiên cứu lĩnh vực in tà n iê gh Bộ khử xoắn xác định theo thơng số mơmen qn tính (Jd), hệ số cản xoắn (ξd) Mơ men qn tính tính xác biết trước hình dạng vật liệu khử xoắn Hệ số cản xoắn xác định hệ rơi vào dao động cộng hưởng u oa kh c họ Nếu Jd tăng, hai chế độ cộng hưởng wi wj cách xa Nếu hệ số Cd=ξd=0 khử xoắn không ảnh hưởng đến dao động xoắn hệ việc chúng không liên kết Nếu 𝐶𝑑 → ∞ ξ𝑑 → ∞, khử xoắn trở thành vai trị bánh đà thứ hai phía đầu trục Trong trường hợp cộng hưởng dịch chuyển phía vịng quay nhỏ Hiện ta mơ với độ xác định loại khử xoắn: khử xoắn ma sát nửa khô, khử xoắn ma sát ướt, khử xoắn có khoang cao áp thủy lực * Bộ khử xoắn nửa khô Mô men cản xoắn Mξd khơng phụ thuộc vào vịng quay hệ trục Mξd = const.R.Fd Với: Fd - lực tác dụng ma sát hai mặt tiếp xúc Chương I - Tổng quan dao động xoắn Thuyết minh NCKH R - cánh tay địn tương đương Hệ số phương trình phụ thuộc vào vật liệu trạng thái bề mặt tiếp xúc Hệ số cản xoắn ξd trường hợp tỉ lệ với tần số dao động * Bộ khử xoắn ướt Mơ men cản xoắn tính theo công thức: Mξd = S.R Với: S - bề mặt ma sát tương đương R - cánh tay đòn tương đương q - cường độ ma sát bề mặt đó: q = const.ρ.υ.V/δ Đ ề υ - mật độ chất lỏng tà in V - vận tốc trượt iê gh υ - độ nhớt động học n δ - khe hở bề mặt tiếp xúc u Khi tốc độ V tăng lên tồn liên hệ phi tuyến vùng hoạt động hẹp khử xoắn tồn việc tuyến tính hóa Với số vòng quay lớn khử xoắn ma sát ướt hoạt động không hiệu oa kh c họ * Bộ khử xoắn với khoang cao áp thủy lực Trong khử xoắn chất lỏng lưu động theo quy luật chảy rối, đó: Mξd = const.R.V2 Với: V - vận tốc dịng Cơng thức tổng qt biểu diễn hệ số cản xoắn cho loại khử xoắn trên: ξ𝑑 = ξ𝑑 + 𝐽𝑑 𝑤 𝐶𝑑 + 𝑀 𝑁 𝑤 Với: ξd ,M, N = const Từ thống kê sơ tình hình nghiên cứu dao động xoắn hệ động lực tàu thủy, ta đặt toán cần giải sau: - Giải tốn dao động xoắn máy vi tính Xác định hệ số mơ hình dao động xoắn Chương I - Tổng quan dao động xoắn Thuyết minh NCKH Xác định thành phần lực, mô men xoắn Giải toán dao động tự Giải toán dao động cưỡng - Nghiên cứu dao động xoắn Ảnh hưởng thay đổi mô men quán tính đến dao động xoắn Ảnh hưởng thay đổi hệ số cản xoắn đến dao động xoắn Ảnh hưởng mô men cưỡng đến dao động xoắn ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 10 Chương III - Dao động xoắn tự Thuyết minh NCKH ∗ ∗ ∗ = 𝑒3 − 𝑒2 𝐶2,3 (3.27) Tìm số dao động tự hệ bậc tự tính từ phương trình: 𝐴 𝜔4 − 𝐵 𝜔2 + 𝐶 = (3.28) Trong đó: 𝐴 = 𝐽1∗ 𝐽2∗ 𝐽3∗ ∗ ∗ 𝐵 = 𝐽1∗ (𝐽2∗ + 𝐽3∗ )𝐶2,3 + 𝐽3∗ (𝐽2∗ + 𝐽1∗ )𝐶1,2 ∗ ∗ 𝐶 = (𝐽1∗ + 𝐽2∗ + 𝐽3∗ ) 𝐶2,3 𝐶1,2 Ta thấy dao động tự có sốt ính chất trực giao sau đây: 𝑛 ∑ 𝐽𝐾0 𝛼𝐾𝑖 = 𝑛 ề Đ 𝑘=1 tà ∑ 𝐽𝐾0 𝛼𝐾𝑖 𝛼𝐾𝑗 = 𝑘=1 n iê gh in (3.29) u Các tính chất dùng để kiểm tra độ xác kết thu oa kh c họ 30 Chương IV - Thuật tốn tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH CHƯƠNG IV: THUẬT TỐN TÍNH VÀ MƠ PHỎNG DAO ĐỘNG XOẮN HỆ TRỤC Theo qui phạm nhiều tổ chức chuyên môn (Đăng kiểm) giới, có qui phạm Đăng kiểm Việt Nam (VIRES) đóng hay hốn cải, thay hệ trục tàu thủy có trọng tải 1000TDW cần phải tính dao động xoắn hệ trục, tính ứng suất xoắn lớn phải nằm giới hạn cho phép Việc xây dựng phần mềm ứng dụng cho cơng việc tính tốn nghiên cứu lý sau đây: Tự động hóa cơng việc thiết kế, tính tốn dao động xoắn hệ động lực tàu thủy nhằm đảm bảo độ tin cậy thiết kế chế tạo Nghiên cứu, chế tạo hệ khử dao động xoắn hệ trục hệ làm việc vùng gần cộng hưởng nguy hiểm Nghiên cứu dao động xoắn cộng hưởng nguy hiểm xảy trình khai thác nghiên cứu chế tạo hệ khử xoắn thích hợp ề Đ Phần mềm ứng dụng cần phải đạt yêu cầu sau: in tà Dễ dàng, tiện ích cài đặt làm việc máy tính PC Phần mềm ứng dụng cho hệ trục tất loại tàu khai thác gh n iê Dễ dàng thay đổi thơng số q trình nghiên cứu tối ưu hóa dao động xoắn hệ trục bổ xung, chỉnh định chương trình tính tốn, thiết kế u Trên giới xuất nhiều phần mềm tiện ích, ứng dụng với lĩnh vực khác thí dụ như: TUTSIM, PSI (dùng cho mơ phỏng), STAGRAPHICS, MATLAB Ngôn ngữ sử dụng phần mềm khác như: ALGOL, ASSEMBLY, PASCAL, TURBO C, C, C++ Trong tài liệu giới thiệu việc sử dụng ngơn ngữ lập trình đồ họa LABVIEW để cài đặt thuật toán oa kh c họ 4.1 Ngơn ngữ lập trình Labview Labview (Virtual Instrument Engineering Wordbech) môi trường phát triển dựa ngôn ngữ lập trình đồ họa, thường sử dụng cho mục đích: Đo lường, kiểm tra, xử lý điều khiển tham số thiết bị Labview ngơn ngữ lập trình đa năng, giống ngơn ngữ lập trình đại khác Labview gồm có thư viện thu nhận liệu, loạt thiết bị điều khiển, phân tích liệu, biểu diễn lưu trữ liệu Nó cịn có cơng cụ phát triển thiết kế riêng cho việc nối ghép điều khiển thiết bị Labview khác với ngôn ngữ thông thường điểm là: Các ngôn ngữ lập trình khác thường dùng chế dịng lệnh, Labview dùng ngơn ngữ lập trình Graphical để tạo chương trình dạng sơ đồ khối 31 Chương IV - Thuật tốn tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH Thiết bị ảo (VI- Vitual Instrument): Lập trình Labview sở thiết bị ảo Các đối tượng thiết bị ảo sử dụng để mô thiết bị thực, chúng đưa vào phần mềm Các VI (thiết bị ảo) tương tự hàm ngôn ngữ lập trình khác Front Panel ề Đ Một chương trình chung labview gồm phần chính: giao diện với người sử dụng (Front Panel), hai giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn (Block Diagram) biểu tượng kết nối (Icon / Connector) Front Panel panel tương tự pannel thiết bị thực tế ví dụ nút bấm, nút bật, đồ thị điều khiển Từ Front Panel người dùng chạy quan sát kết dùng chuột, bàn phím để đưa liệu vào sau cho chương trình chạy quan sát n iê gh in tà u Front Panel thường gồm điều khiển (control) thị (Indicator): kh oa Control đối tượng đặt Front Panel để cung cấp liệu cho chương trình Nó tương tự đầu vào cung cấp liệu họ c Indicator đối tượng đặt Front Panel dùng để hiển thị kết quả, tương tự phận đầu vào chương trình Block Diagram: Block Diagram VI sơ đồ xây dựng mơi trường Labview, gồm nhiều đối tượng hàm khác để tạo câu lệnh để chương trình thực Block Diagram mã nguồn đồ họa VI Các đối tượng Front Panel thể thiết bị đầu cuối Block Diagram Các thiết bị đầu cuối sau loại bỏ đối tượng tương ứng Front Panel Cấu trúc Block Diagram gồm thiết bị đầu cuối (Tẻminal), Nút (Node) dây nối (Wire) Terminal: cổng mà liệu truyền qua Block Diagram Front panel, Node Block Diagram Các Terminal nằm dạng Icon Function 32 Chương IV - Thuật tốn tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH Node: Là phần tử thực thi chương trình, chúng tương tự mệnh đề, toán tư, hàm chương trình ngơn ngữ lập trình thơng thường Wises: Là dây nối liệu node Khởi động chương trình Nhấp vào biểu tượng biểu tượng Labview hình bên Ta có giao diện bên hình (a) ề Đ tà gh in Vào File/New VI để vào môi trường lập trình hình (b) iê + Front Panel: giao diện với người sử dụng n + Block Diagram: Giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn u Các cơng cụ hỗ trợ lập trình: kh oa Việc lập trình Labview cần sử dụng bản: Tools Palette, Controls Panelette, Functions Palette, cung cấp chức để người sử dụng tạo thay đổi Front Panel Block Diagram c họ Tool Panel: Tool Panel xuất Front Panel Diagram Bảng cho phép người sử dụng xác lập chế độ làm việc đặc biệt trỏ chuột Khi lựa chọn công cụ, biểu tương trỏ thay đổi theo biểu tượng trỏ Nếu thiết lập chế độ tự động lựa chọn công cụ người sử dụng di chuyển trỏ qua đối tượng Front Panel Block Diagram, Labview tựu động lựa chọn công cụ phù hợp bảng tool palette Để truy cập vào Tool Palette ta chọn Menu: Window/Show Tools palette Các cơng cụ Tool Palette gồm có: 33 Chương IV - Thuật tốn tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH Bảng điều khiển (Controls Palette): Bảng điều khiển xuất front Panel Bảng điều khiển chứa điều khiển (control) hiển thị (Indicator) Bảng điều khiển minh họa hình sau Bảng điều khiển sử dụng để thiết kế cấu trúc mặt hiển thị gồm thiết bị: công tắc, loại đèn, loại hình hiển thị… Với bảng điều khiển này, người sử dụng chọn thiết bị chuẩn hãng cung cấp Bảng điều khiển dùng để cung cấp liệu đầu vào hiển thị kết đầu Một số điều khiển hiển thị controls palettte: Đ ề Boolean Controls/Indicators: tà n iê gh in Bộ công cụ cung cấp giá trị True False Khi thực chương trình người sử dụng sử dụng chuột để điều khiển giá trị thiết bị Việc thay đổi giá trị thiết bị có tác dụng thiết bị xác lập chế độ Control Còn chế độ Indicator giá trị khơng thay đổi chúng thiết bị hiển thị u oa kh c họ String Controls/Indicators Các điều khiển dùng để nhập hiển thị ký tự, xác lập chế độ đầu vào hay đầu Functions Palette: Bảng Funtions palette xuất Block diagram Bảng chứa VI hàm mà người 34 Chương IV - Thuật tốn tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH sử dụng xây dụng để xây dụng nên khối lưu đồ Bảng Function palette minh họa hình Với bảng Function palette, người lập trình thực cú pháp như: Phép lập, phép lựa chọn thông qua nhóm hàm, chức cung cấp bên cạnh từ bảng người sử dụng người sử dụng tạo sử dụng lại hàm Các hàm tốn học minh họa thơng qua biểu tượng Khi muốn lựa chọn thực hàm người sử dụng chọn biểu tượng thể cho hàm kéo thả vị trí Block Diagram sau xác định đầu vào đầu cần thiết 4.2 Sơ đồ tổng thể q trình tính tốn ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 35 Chương IV - Thuật tốn tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH 4.3 Chương trình tính mơ men qn tính hệ trục Chương trình phần sử dụng cơng thức tính tốn đưa chương I cụ thể chương trình tính ví dụ cho tàu Kim Long phần sau, ta xét sơ đồ khối chương trình ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 36 Chương IV - Thuật tốn tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH 4.4 Chương trình tính hệ số cứng xoắn đoạn trục ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 37 Chương IV - Thuật toán tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH 4.5 Thuật tốn tính dao động xoắn tự ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 38 Chương IV - Thuật tốn tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH 4.6 Sơ đồ khối q trình mơ phỏng: ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 39 Chương IV - Thuật tốn tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH Sơ đồ thuật toán tính N1TB sau: ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 40 Chương IV - Thuật tốn tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH Sơ đồ khối tính tốn N2TB: ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 41 Chương IV - Thuật tốn tính dao động xoắn Thuyết minh NCKH 4.6 Thuật tốn mơ xây dựng đồ thị công ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 42 Thuyết minh NCKH Kết luận KẾT LUẬN Kết luận Trong báo cáo tác giả trình bày sở tốn học tốn mơ dao động xoắn hệ trục tàu thủy hướng phát triển, triển khai phần mềm với Labview Tài liệu nêu chi tiết thuật toán quan trọng thuật tốn tính mơ men qn tính hệ trục tàu thủy, thuật tốn tính hệ số cứng đoạn trục tàu thủy, nghiên cứu dao động xoắn tự thuật tốn tính dao động xoắn tự Bên cạnh đó, thuật tốn mô xây dựng đồ thị công nghiên cứu trình bày rõ ràng Hướng phát triển Đề tài có vấn đề cần làm rõ sau:  Độ xác phần mềm tính tốn với phương pháp thực nghiệm ề Đ  Các thuật toán xử lý xác định vấn đề, giới hạn với tín hiệu đưa tà gh in  Áp dụng thuật toán phần mềm với tàu khác n iê Xử lý vấn đề ta phát triển, áp dụng vào ứng dụng thực tế tính tốn theo dõi thông số dao động xoắn hệ trục tàu thủy u oa kh c họ 43 Tài liệu tham khảo [1] TSKH Đỗ Đức Lưu, Máy tàu thủy [2] TSKH Đỗ Đức Lưu, Trang trí hệ động lực tàu thủy [3] Jeffrey Travis, Jim Kring, Labview for Everyone [4] VietNam Nation Instrument website, www.vietnam.ni.com [5] Gary Jhonson, Richard Jenning, Labview Graphical programming ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 44