Đề cương sẽ đầy đủ để các bạn làm bài kiểm tra thường xuyên và bài thi trắc nghiệm kết thúc học phần
PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài nghiêm cứu
Trong những năm gần đây ngành Cơ – điện tử có những bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm Cơ – điện tử vào sản xuất ngày càng phổ biến giúp nâng cao năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm Song song với quá trình phát triển đó là yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống Cơ – điện tử
Vì vậy việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống điều khiển cho ngành Cơ – điện tử để đáp ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết Sự phát triển của hệ thống
Cơ – điện tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới
Tự động hoá quá trình sản xuất đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Mô hình điều khiển và khảo sát chất lượng của hệ thống treo trên xe bus là một mô hình thí nghiệm hệ thống Cơ – điện tử lý tưởng cho việc ứng dụng thuật toán điều khiển hiện đại và kỹ thuật điều khiển máy tính Những năm gần đây lý thuyết điều khiển có những bước phát triển vượt bậc và ngày càng được ứng dụng nhiều vào thực tiễn Việc ứng dụng lý thuyết điều khiển vào điều khiển mô hình hệ thống treo trên xe bus sẽ mang đến nhiều kiến thức mới và kinh nghiệm bổ ích.
Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Tổng quan về hệ thống treo trên xe bus và các trạng thái hoạt động
- Nghiên cứu thuật toán điều khiển để điều khiển hệ thống treo
- Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab-Simulink.
Đối tượng và phạm vi nghiêm cứu
- Mô hình hệ thống treo trên xe bus
- Xây dựng bộ điều khiển mờ trên Matlab – Simulink
- Xây dựng mô hình toán học hệ thống treo trên xe bus
- Điều khiển hoạt động hệ thống treo bằng bộ điều khiển mờ
- Mô phỏng hệ thống bằng phần mềm Matlab-Simulink, đánh giá kết quả
- Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống treo trên miền thời gian thực.
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống treo trên xe bus
- Nghiên cứu Card điều khiển PCI-1710; hệ truyền động điện một chiều
- Nghiên cứu sự kết hợp thuật toán để điều khiển cân bằng con lắc ngược
- Sử dụng phần mềm Matlab – Simulink làm công cụ xây dựng mô hình và mô phỏng hệ thống
- Xây dựng mô hình thực nghiệm chạy trên thời gian thực để đưa ra các kết quả của thí nghiệm.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Thiết kế hệ thống treo trên ô tô là một bài toán thú vị và đầy thách thức Khi hệ thống treo được thiết kế, mô hình 1/4 ( một trong bốn bánh xe ) được sử dụng để đơn giản hóa vấn đề thành hệ thống giảm chấn 1-D nhiều lò xo Mô hình này dành cho một hệ thống treo chủ động trong đó có một bộ truyền động có khả năng tạo ra lực điều khiển U để điều khiển chuyển động của thân xe bus
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Nội dung 1: Mô hình hóa hệ thống, tìm đáp ứng hệ thống theo thời gian - Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L1.1
2.1.1 Mô hình hóa hệ thống: a, Hàm truyền:
Sử dụng phương pháp phân tích lực và áp dụng định luật II Newton
Ta có phương trình vi phân:
Giả sử rằng tất cả các điều kiện ban đầu là số không, vì vậy các phương trình này đại diện cho tình huống khi bánh xe buýt đi lên một vết xóc Các phương trình động ở trên có thể được biểu diễn dưới dạng các hàm truyền bằng cách lấy Laplace của các phương trình trên Đạo hàm từ các phương trình trên của Hàm truyền G1 (s) và G2 (s) của đầu ra, X1 - X2 và hai đầu vào là U và W như sau:
Viết các phương trình trên dưới dạng ma trân, ta có:
Lấy ma trận nghịch đảo của A sau đó nhân vào với các đầu vào của U(s) và W(s) ở phía bên phải như sau:
Khi chúng ta chỉ muốn xem xét đầu vào điều khiển U (s), chúng ta đặt W (s) 0 Do đó, chúng ta có được hàm truyền G1 (s) như sau:
∆ (10) Chỉ xem xét đầu vào W(s), đặt U(s)=0 ta được hàm truyền G2(s):
Từ phương trình chuyển động ta có ở dạng không gian trạng thái như sau (trong đó Y1=X1-X2):
2.1.2 Đáp ứng hệ thống theo thời gian:
Ta nhập các câu lệnh sau đây vào chương trình trong matlap để nhập vào hàm truyền và hiển thị đáp ứng thời gian của nó:
+ Các câu lệnh trên Matlab cho hàm truyền G(1): m1%00; m220; k1000; k2P0000; b1 = 350; b2 = 15020; nump=[(m1+m2) b2 k2]; denp=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2) (b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];
%dap ung thoi gian G1 step(G1) xlabel('t-sec'),ylabel('c(t)');
-Từ các lệnh trên, ta thu được biểu đồ đáp ứng thời gian của hệ thống ứng với hàm truyền G(1) như sau:
-G1(s) có độ vọt lố POT.8% Đầu ra C(t)
Người ngồi trong xe buýt sẽ cảm thấy dao động rất nhỏ Hơn nữa, xe buýt mất một thời gian dài không thể chấp nhận để đạt đến trạng thái ổn định (thời gian giải quyết là rất lớn)
+ Các câu lệnh trên Matlab với hàm truyền G(2) với W(s)= 0.1m: m1%00; m220; k1000; k2P0000; b1 = 350; b2 = 15020; num1=[-(m1*b2) -(m1*k2) 0 0]; den1=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2) (b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];
% dap ung thoi gian G2 step(G2) xlabel('t-sec'),ylabel('c(t)');
Từ các lệnh trên, ta thu được biểu đồ đáp ứng thời gian của hệ thống ứng với hàm truyền G(2) như sau:
-G2(s) có độ vọt lố POT rất lớn Đầu ra C(t)
Từ biểu đồ này của phản ứng vòng hở cho nhiễu loạn bước 10 cm, chúng ta có thể thấy rằng khi xe buýt vượt qua vết sưng 10 cm trên đường, thân xe buýt sẽ dao động trong một thời gian dài không thể chấp nhận được (~ 50 giây) biên độ 8 cm Những người ngồi trong xe buýt sẽ không thoải mái với sự dao động như vậy do độ vọt lố lớn và thời gian lắng lâu Để xem một số chi tiết, chúng ta thay đổi trục: axis ([0 0,01 10])
Code trong matlab: m1%00; m220; k1000; k2P0000; b1 = 350; b2 = 15020; nump=[(m1+m2) b2 k2]; denp=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2) (b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];
'G(s)1' printsys(nump,denp) num1=[-(m1*b2) -(m1*k2) 0 0]; den1=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2) (b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];
15 'G(s)2' printsys(0.1*num1,den1) step(0.1*num1,den1) title('do thi ham so cua G2 theo t voi k2P0000') axis([0 10 -.1 1])
Hình 4 Đồ thị hàm số của G2 khi đổi trục
Từ biểu đồ phản ứng vòng hở này cho nhiễu loạn bước 0,1 m, chúng ta có thể thấy rằng khi xe buýt vượt qua một vết sưng cao 10 cm trên đường, thân xe buýt sẽ dao động trong một thời gian dài không thể chấp nhận được (100 giây) với biên độ lớn hơn, 13 cm, hơn tác động ban đầu Những người ngồi trong xe buýt sẽ không thoải mái với sự dao động như vậy Việc vượt quá lớn (từ chính tác động) và thời gian xử lý chậm sẽ gây ra thiệt hại cho hệ thống treo Giải pháp cho vấn đề này là thêm bộ điều khiển phản hồi vào hệ thống để cải thiện hiệu suất Sơ đồ của hệ thống vòng kín là như sau:
Từ các hàm truyền và sơ đồ trên, chúng ta có thể vẽ sơ đồ khối hệ thống xe buýt như sau:
Từ sơ đồ trên chúng ta thấy rằng:
Nội dung 2: Khảo sát sự phụ thuộc của đáp ứng hệ thống theo hệ số cản
số cản b1 thay đổi từ 100 đến 1000 Ns/m- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: L2.1
Phần code của G1 trong matlab: m1%00; m220; k1000; b2 = 15020; k2P0000; t=0:0.01:50; b2 = 100; nump=[(m1+m2) b2 k2]; denp=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2) (b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];
P=tf(nump,denp) step(P,t,'
