Ơ tơ điện với những ưu điểm nổi bật về như giâ thănh thấp, thời gian tâc động nhanh, thiết kế bộ điều khiển dễ dăng đang được quan tđm nghiín cứu để triển khai rộng rêi trong thực tế Mặc
bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hµ néi - Nguyễn Đỗ Hằng ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ ĐIỆN DÙNG LÝ THUYẾT MỜ LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : T.S TẠ CAO MINH Hà Nội – 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205233851000000 Lớp CHTĐH-ĐKTĐ – Khóa 2006-2008 Học viên: Nguyễn Đỗ Hằng LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài tốt nghiệp em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Tạ Cao Minh Số liệu kết đề tài hoàn toàn trung thực Để hoàn thành đồ án này, em sử dụng tài liệu tham khảo ghi bảng tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu khác mà không liệt kê phần tài liệu tham khảo Học viên Nguyễn Đỗ Hằng Điều khiển chuyển động ô tô điện dùng lý thuyết mờ Học viên: Nguyễn Đỗ Hằng Lớp CHTĐH-ĐKTĐ – Khóa 2006-2008 MỤC LỤC Danh mục ký hiệu Danh mục hình vẽ Lời nói đầu Chương I Lý thuyết điều khiển mờ 7 1.1 Giới thiệu chung lý thuyết điều khiển mờ 1.1.1 Lý thuyết mờ 1.1.2 Giới thiệu chung điều khiển mờ 1.2 Tổng quan điều khiển mờ 1.3 Sơ đồ chức điều khiển mờ 1.3.1 Khối mờ hóa 1.3.2 Khối hợp thành 1.3.3 Khối luật mờ 1.3.4 Khối giải mờ 9 10 13 14 1.4 Mơ hình mờ Tagaki - Sugeno 1.5 Thiết kế điều khiển mờ 18 19 1.5.1 Các bước thiết kế điều khiển mờ 1.5.2 Những lưu ý thiết kế điều khiển mờ 1.5.3 Phân loại điều khiển mờ 1.6 Hệ mờ lai 1.6.1 Hệ mờ lai khơng thích nghi có điều khiển kinh 19 20 20 20 20 1.6.2 Hệ mờ lai Cascade 1.6.3 Điều khiển công tắc chuyển đổi “thích nghi” 21 21 điển khố mờ KẾT LUẬN Chương II Giới thiệu chung ô tô điện 2.1 Tổng quan ô tô điện 2.1.1 Lịch sử phát triển ô tô điện 2.1.2 Phân loại ô tô điện 2.1.3 Các tính chất ô tô điện Điều khiển chuyển động ô tô điện dùng lý thuyết mờ 22 23 23 23 24 24 Học viên: Nguyễn Đỗ Hằng Lớp CHTĐH-ĐKTĐ – Khóa 2006-2008 2.1.4 Cấu trúc ô tô điện 26 2.2 Các nghiên cứu tơ điện 27 2.3 Mơ hình thực nghiệm tơ điện 2.3.1 Mơ hình thực nghiệm tơ điện 2.3.2 Xây dựng mơ hình mô ô tô điện KẾT LUẬN 28 28 30 34 Chương III Một số phương pháp điều khiển ô tô điện 35 3.1 Tổng quan điều khiển ô tơ điện 3.2 Phương pháp điều khiển bám mơ hình (MFC) 3.2.1 Nguyên lý điều khiển phương pháp MFC 3.2.2 Quá trình thực nghiệm kết phương pháp điều khiển MFC 35 36 36 38 3.3 Phương pháp điều khiển tỷ số trượt 3.3.1 Nguyên lý điều khiển 3.3.2 Thiết kế điều khiển SRC 3.3.3 Các kết thực nghiệm phương pháp SRC 3.4 Ước lượng điều kiện mặt đường KẾT LUẬN Chương IV Ước lượng điều kiện mặt đường dùng lý thuyết mờ 4.1 Thiết lập hệ thống điều khiển ô tô điện dùng phương pháp SRC kết hợp với điều khiển mờ 4.1.1 Giới thiệu chung 4.1.2 Xây dựng hệ điều khiển 4.2 Sự cần thiết ước lượng tỷ số trượt tối ưu 4.2.1 Tính chất cản bánh xe mặt đường 40 40 41 44 45 47 48 48 48 49 50 50 2lượng Bộ điều kiện l mặt đường ề độ sử dụng quan sát lực 4.3 Ước truyền động 4.3.1 Ước lượng µpeak dựa vào mơ hình Tire Brush 4.3.2 Ước lượng λopt dựa vào tính chất hình học đường cong (µ-λ) 52 54 4.4 Ứng dụng việc ước lượng điều kiện mặt đường 59 Điều khiển chuyển động ô tô điện dùng lý thuyết mờ 54 56 Học viên: Nguyễn Đỗ Hằng Lớp CHTĐH-ĐKTĐ – Khóa 2006-2008 4.4.1 Hiển thị độ bám đường xe cho người lái 4.4.2 Bộ điều khiển tỷ số trượt tối ưu KẾT LUẬN Chương V Mô đánh giá hệ thống điều khiển ô tô điện 59 60 61 62 5.1 Xây dựng mơ hình mơ Matlab 5.1.1 Các thông số động mô 5.1.2 Mơ hình mơ 5.2 Các kết mơ 5.2.1 Thực mô kết 62 62 63 71 71 5.2.2 Kiểm nghiệm tính đắn phương pháp điều 75 kiển 5.2.3 So sánh kết mô với kết thực nghiệm phương pháp điều khiển SRC KẾT LUẬN 77 KẾT LUẬN Tài liệu tham khảo 80 81 Điều khiển chuyển động ô tô điện dùng lý thuyết mờ 79 Học viên: Nguyễn Đỗ Hằng Lớp CHTĐH-ĐKTĐ – Khóa 2006-2008 DANH MỤC HÌNH VẼ Chương I Lý thuyết điều khiển mờ Hình 1.1 Cấu trúc điều khiển mờ Hình 1.2 Khối luật mờ Hình 1.3 Hệ mờ nhiều đầu vào đầu (MISO) Hình 1.4 Phương pháp cực đại Hình 1.5 Hàm liên thuộc hợp thành Hình 1.6 Phương pháp trọng tâm Hình 1.7 Phương pháp trung bình tâm Hình 1.8 Cấu trúc hệ mờ lai khơng có thích nghi Hình 1.9 Cấu trúc hệ mờ lai Cascade Hình 1.10 Cấu trúc hệ điều khiển cơng tắc chuyển đổi thích nghi khố mờ 12 13 15 15 16 17 19 20 20 Chương II Giới thiệu chung tơ điện Hình 2.1 Cấu trúc tơ điện Hình 2.2 Hai nhóm động điện Hình 2.3 Mơ hình xe điện UOT Electric March I Hình 2.4 Phân tích lực tác động trình chuyển động xe 22 26 27 29 30 Hình 2.5 Các đặc điểm lực truyền động lực cạnh Hình 2.6 Sơ đồ khối mơ hình động tơ điện Hình 2.7 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc µ theo λ Chương III Một số phương pháp điều khiển ô tô điện Hình 3.1 Hệ thống điều khiển mơ hình xe điện “UOT March I” 31 32 33 35 35 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý phương pháp MFC Hình 3.3 Sơ đồ khối điều khiển ô tô điện phương pháp MFC 36 37 Hình 3.4 Mơ hình thực nghiệm phương pháp MFC Hình 3.5 Kết thực nghiệm phương pháp MFC Hình 3.6 Sơ đồ khối điều khiển ô tô điện phương pháp SRC 38 39 40 Hình 3.7 Sơ đồ khối điều khiển tơ điện phương pháp SRC 41 Hình 3.8 Bộ điều khiển tỷ lệ trượt Điều khiển chuyển động ô tô điện dùng lý thuyết mờ 43 Học viên: Nguyễn Đỗ Hằng Lớp CHTĐH-ĐKTĐ – Khóa 2006-2008 Hình 3.9 Tỷ số trượt a = Hình 3.10 Kết thực nghiệm phương pháp SRC Hình 3.11 Kết ước lượng đường cong (µ - λ) điều kiện mặt đường khô 43 44 45 Chương IV Ước lượng điều kiện mặt đường dùng lý thuyết mờ 48 Hình 4.1 Sơ đồ khối điều khiển chuyển động ô tô điện SRC kết hợp với điều khiển mờ 49 Hình 4.2 Lực cản bánh xe mặt đường Hình 4.3 Đặc tính µ(λ) theo lực truyền động lực 50 51 Hình 4.4 Phân tích lực tác động trình chuyển động xe 52 Hình 4.5 Bộ quan sát lực truyền động Hình 4.6 Tính chất vật lý điểm tiếp xúc bánh xe mặt đường 53 54 Hình 4.7 Tính chất hình học đường cong (µ-λ) Hình 4.8 Biểu đồ loại điều kiện mặt đường tương ứng với tỷ số trượt 56 57 bên Hình 4.9 Sơ đồ đường cong µ-λ sử mơ 57 Hình 4.10 Sơ đồ khối ước lượng tỷ số trượt tối ưu dùng điều khiển mờ 58 Hình 4.11 Kết ước lượng lực truyền động tỷ lệ bám điều kiện mặt đường thay đổi đột ngột Hình 4.12 Sơ đồ khối điều khiển tỷ số trượt Chương V Mô đánh giá hệ thống điều khiển tơ điện 59 Hình 5.1 Sơ đồ mơ hình mơ phương pháp điều khiển SRC kết hợp với điều khiển mờ Matlab Simulink 63 Hình 5.2 Sơ đồ mơ hình mơ khối động tơ điện 64 Hình 5.3 Sơ đồ mơ hình khối điều khiển mờ Hình 5.4 Khối điều khiển mờ Hình 5.5 Đầu vào tỷ lệ trượt điều khiển mờ Hình 5.6 Khối đầu vào Hệ số ma sát điều khiển mờ 64 67 67 68 Hình 5.7 Khối đầu điều khiển mờ Hình 5.8 Luật điều khiển mờ 69 70 Điều khiển chuyển động ô tô điện dùng lý thuyết mờ 60 62 Học viên: Nguyễn Đỗ Hằng Lớp CHTĐH-ĐKTĐ – Khóa 2006-2008 Hình 5.9 Khối tính tốn giá trị tỷ số trượt tối ưu Hình 5.10 Mơ hình điều khiển tỷ lệ trượt Hình 5.11 Kết mơ tỷ số trượt Hình 5.12 Kết mơ tỷ số trượt tối ưu Hình 5.13 So sánh tỷ số trượt thực tế tỷ số trượt tối ưu Hình 5.14 Kết mơ vận tốc bánh xe vận tốc khung xe 70 71 72 72 73 73 Hình 5.15 Kết mơ Hệ số ma sát Hình 5.16 Đường cong (µ-λ) Hình 5.17 Kết mơ Mơmen động Hình 5.18 Mơ hình kiểm nghiệm phương pháp điều khiển Hình 5.19 Tỷ lệ trượt thực tế tỷ lệ trượt ước lượng 74 74 75 75 76 Hình 5.20 Vận tốc khung xe vận tốc bánh xe Hình 5.21 Mơmen động Hình 5.22 Kết thực nghiệm phương pháp SRC 76 77 78 Điều khiển chuyển động ô tô điện dùng lý thuyết mờ Học viên: Nguyễn Đỗ Hằng Lớp CHTĐH-ĐKTĐ – Khóa 2006-2008 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Thông số Đơn vị M, Mw Khối lượng xe, bánh xe kg Vw, V Vận tốc bánh xe, ô tô m/s λ Tỷ số trượt μ Hệ số ma sát r Bán kính bánh xe m ω Vận tốc góc bánh xe Rad/s Jw, J Moment quán tính bánh xe, hệ thống kg.m2 Fd,Fm,Fa Lực truyền động, lực ma sát, lực cản khơng khí N N Phản lực mặt đường N T,Tm,Td Momen trục bánh xe, động cơ, mômen cản tổng N.m τư=Lư/Rư Hằng số thời gian động s i Tỷ số truyền hộp số Điều khiển chuyển động ô tô điện dùng lý thuyết mờ Học viên: Nguyễn Đỗ Hằng Lớp CHTĐH-ĐKTĐ – Khóa 2006-2008 LỜI NĨI ĐẦU Trong thời đại cơng nghiệp nay, phát minh khoa học ngày ứng dụng nhiều đời sống người Tuy nhiên vấn đề tránh khỏi với gia tăng vấn đề ô nhiễm môi trường sống xung quanh, gây ảnh hưởng lớn đến đời sống người không thời điểm cịn có tác hại lâu dài sau Vì ngành khoa học thân thiện với mơi trường tiết kiệm lượng ngày quan tâm đầu tư đáng kể có ngành cơng nghiệp tơ điện Ơ tơ điện với ưu điểm bật giá thành thấp, thời gian tác động nhanh, thiết kế điều khiển dễ dàng quan tâm nghiên cứu để triển khai rộng rãi thực tế Mặc dù sử dụng nhiều phương pháp điều khiển khác nhau, nhiên việc ứng dụng điều khiển mờ việc điều khiển ô tô triển khai rộng rãi với ưu điểm lớn Nhằm tìm hiểu kỹ việc ứng dụng điều khiển mờ việc điều khiển ô tô điện, em nhận đề tài thiết kế tốt nghiệp “Điều khiển chuyển động ô tô điện dùng lý thuyết mờ” Luận văn đưa thuật tốn mờ điều khiển chuyển động tơ điện kiểm nghiệm tính đắn hệ thơng qua mô sử dụng phần mềm Matlab Simulink việc mơ hình hóa thiết lập cấu hình điều khiển cho ô tô điện Nội dung luận văn trình bày qua chương sau: Chương I: Lý thuyết điều khiển mờ Chương II: Giới thiệu chung ô tô điện Chương III: Một số phương pháp điều khiển ô tô điện Chương IV: Ước lượng điều kiện mặt đường dùng lý thuyết mờ Chương V: Mô đánh giá hệ thống điều khiển cho ô tô điện Điều khiển chuyển động ô tô điện dùng lý thuyết mờ