Nghiên cứu, thiết kế chế tạo bộ điều khiển tự động tay ga điện tử cho động cơ YANMAR 4CH tại phòng thực hành bộ môn động lực

1 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY VŨ THANH HẢI Đề tài : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY GA ĐIỆN TỬ CHO ĐỘNG CƠ YANMAR 4CH TẠI PHÒNG THỰC HÀNH BỘ MÔN ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: ĐỘNG LỰC TÀU THỦY N T rang , / 1 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY VŨ THANH HẢI Đề tài : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY GA ĐIỆN TỬ CHO ĐỘNG CƠ YANMAR 4CH TẠI PHÒNG THỰC HÀNH BỘ MÔN ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: ĐỘNG LỰC TÀU THỦY CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TH.S ĐOÀN PHƯỚC THỌ N T rang , / 1 PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Vũ Thanh Hải Lớp: 49LTT Khoá: 49 Ngành: Kỹ Thuật Tàu Thủy Mã ngành: Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo điều khiển tự động tay ga điện tử cho động YANMAR 4CH phịng thực hành mơn động lực” Số trang: 80 Số chương: Số tài liệu tham khảo: Hiện vật: Bộ điều khiển tay ga điện tử NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày …tháng……năm 2011 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Th.S Đoàn Phước Thọ PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Vũ Thanh Hải Lớp: 49LTT Khoá: 49 Ngành: Kỹ Thuật Tàu Thủy Mã ngành: Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo điều khiển tự động tay ga điện tử cho động YANMAR 4CH phịng thực hành mơn động lực” Số trang: 80 Số chương: Số tài liệu tham khảo: Hiện vật: Bộ điều khiển tay ga điện tử NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐIỂM PHẢN BIỆN Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày tháng….năm 2011 CÁN BỘ PHẢN BIỆN ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày…tháng…năm 2011 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LỜI NÓI ĐẦU 1.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: 1.1.1 Đối tượng nghiên cứu (động Diesel 4CH-JANMAR) 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu 1.1.2.1 Về mặt lý thuyết 1.1.2.2 Về mặt thực nghiệm 1.1.3 Mục Tiêu Nghiên Cứu: 1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng điều khiển tự động tay ga điện tử động diesel CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY GA CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN, LÊN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY GA TRÊN ĐỘNG CƠ THÍ NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý thuyết việc ứng dụng điều khiển tự động 2.2 Xác định thông số điều khiển 15 2.2.1 Các thông số kỹ thuật động Yanmar 4CH 15 2.2.2 Thực nghiệm tìm mối quan hệ cơng suất động hai thơng số: Nhiệt độ khí xả , tốc độ vòng quay 18 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY GA ĐIỆN TỬ 3.1 Các yêu cầu kỹ thuật với điều khiển 25 3.2 Lựa chọn phương án điều khiển giải thuật điều khiển 25 3.3 Sơ đồ khối chức điều khiển 55 3.3.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển 56 3.3.1.1 Khối đo thông số đầu vào: 56 3.3.1.2 Bộ xử lý trung tâm –ECU 56 3.3.1.3 Khối đầu ra: 3.3.2 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống 57 3.3.2.1 Cảm biến nhiệt độ khí xả 57 3.3.2.2 Cảm biến tốc độ quay động 59 3.3.2.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 60 3.3.2.4 Thiết bị hiển thị: 60 3.3.2.5 ECU .60 3.3.2.6 Cơ cấu chấp hành- Động trợ động 68 3.3.3 Thiết kế mạch điều khiển: 70 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Mục đích chạy thử nghiệm 72 4.2 Thực nghiệm hoạt động điều khiển động .72 4.2.1 Trang thiết bị thí nghiệm để phục vụ cho trình thí nghiệm .72 4.2.2 Sơ đồ bố trí thực nghiệm 72 4.2.3 Chạy thực nghiệm 74 4.2.4 Kết chạy thử nghiệm, nhận xét 75 KẾT LUẬN VÀ XUẤT Ý KIẾN .76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 LỜI NĨI ĐẦU Trong xu hội nhập, thương mại hóa tồn cầu, ngành vận tải chiếm vị trí quan trọng đặc biệt vận tải đường thủy Tính riêng năm 2010 vận tải đường biển chiếm tới 90% thị trường vận tải toàn cầu Với lợi bờ biển dài, với hàng chục ngàn km đường sông, hồ nội địa nước ta, vận tải qua đường thủy mang ý nghĩa to lớn Để đáp ứng nhu cầu quan trọng cấp thiết ngành giao thông mũi nhọn này, phát minh, cải tiến động diesel tàu thủy trở thành vấn đề quan trọng cấp bách hết Một hướng nghiên cứu tự động hóa Diesel tàu thủy Q trình tự động hóa khơng giúp thay thế, giải phóng sức lao động người mà mang lại nhiều ưu trình khai thác, tốc độ xử lý khả giám sát Công nghệ tự động Diesel tàu thủy ứng dụng cho tàu lớn, đại với giá thành cao đòi hỏi nghiêm ngặt trình độ quản lý Hiện nay, tơi thực đề tài “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY GA ĐIỆN TỬ CHO ĐỘNG CƠ YANMAR 4CH TẠI PHÒNG THỰC HÀNH BỘ MÔN ĐỘNG LỰC.” Đề tài ứng dụng giải thuật để chế tạo điều khiển tự động động dựa thay đổi thông số trình làm việc động Đề tài tơi gồm có chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Nghiên cứu sở lý thuyết điều khiển tự động tay điều khiển, lên phương án điều khiển tự động tay ga động thí nghiệm Chương 3: Thiết kế, chế tạo điều khiển tự động tay ga điện tử Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm Làm đề tài tốt nghiệp giúp củng cố thêm kiến thức học học hỏi nhiều kiến thức Với hướng dẫn tận tình Th.S Đồn Phước Thọ tơi hồn thành đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn Th.S Đồn Phước Thọ, Thầy mơn động lực bạn giúp tơi hồn thành đề tài Nha Trang, tháng năm 2011 Sinh viên thực 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.1.1 Đối tượng nghiên cứu Động Diesel 4CH-YANMAR 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu 1.1.2.1 Về mặt lý thuyết - Nghiên cứu, tìm hiểu thông số kỹ thuật động - Nghiên cứu đặc tính động cơ, phản ứng động làm việc chế độ khác Cụ thể mối liên quan thông số cơng suất, tốc độ, nhiệt độ khí xả, nhiệt độ nước làm mát, vv trình động làm - Tìm giải pháp điều khiển tay ga động Diesel 4CH- YANMAR - Thiết kế chế tạo điều khiển tay ga điện tử cho động 1.1.2.2 Về mặt thực nghiệm - Chế tạo điều khiển tự động tay ga điện tử cho động YANMAR 4CH - Chạy thử nghiệm động - Đo đạc thơng số động q trình thí nghiệm - Phân tích đánh giá kết thu 1.1.3 Mục tiêu nghiên cứu: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo điều khiển tự động tay ga điện tử cho động YANMAR 4CH phịng thực hành mơn động lực” 1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng điều khiển tự động tay ga điện tử động diesel Với phát triển khoa học công nghệ, động diesel ngày trang bị nhiều hệ thống giám sát điều khiển tự động Mọi thông số chi tiết trạng thái động nắm bắt kiểm soát suốt trình động hoạt động nhằm đảm bảo trước hết an tồn sau tính kinh tế tiêu khác Giám sát trình khởi động đảm bảo thông số vận hành động có khối Auto start controller ASM 150, ASM 170, ASM 710, vv 72 Hình 3-24: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển Atmega16 Đặc điểm ATMELPG 16 Hiệu cao, tiêu thụ lượng 73 Kiến trúc RISC - Reduce Instruction Set Computer (có nghĩa máy tính dùng tập lệnh rút gọn, vi xử lý kiểu thực lệnh vi xử lý khác ) - 131 lệnh mạnh, hầu hết lệnh thực chu kỳ - 32 Thanh ghi 8-bit đa - Tốc độ thực lên tới 16 triệu lệnh giây với tần số 16MHz - Có nhân, thực thời gián chu kỳ - Các nhớ chương trình liệu cố định - 16 Kb nhớ flash có khả tự lập trình hệ thống - Có thể thực 10.000 lần ghi/xóa - Vùng mà Boot ta chọn với bit khác độc lập - Lập trình hệ thống chương trình on-chip Boot - Thao tác đọc ghi thực - 512 bytes EEFROM - Có thể thực 100.000 lần ghi /xóa - 1Kb SRAM bên - Lập trình khóa an ninh phần mềm - Giao diện nối tiếp đồng Khi thực trao đổi với liệu tương thích khung liệu bit hai thiết bị truyền đồng ( xung nhịp đồng hồ) - Lập trình nhớ Flash, EPROM, ngắt, khóa, bit thơng qua giao diện JTAG Ghép nối ngoại vi: - định thời/ đếm bit với chế độ tỷ lệ định trước chế độ so sánh - định thời/ đếm 16 bit với chế độ tỷ lệ định trước riêng biệt, chế độ so sánh chế độ bắt giữ - Bộ thời gián thực với tạo dao động riêng biệt - Kênh PWM - kênh, ADC 10 bit 74 - Giao điện nối tiếp dây hướng tới byte - Bộ truyền tín nối tiếp USART khả trình - Giao diện SPI chủ / tớ - Watchdog Timer khả trình với tạo dao động bên riêng biệt - Máy so mẫu tương tự bên Các đặc điểm đặc biệt khác - Power-on Reset d Brown-out khả trình - Bộ tạo dao động định cỡ bên - Các nguồn ngắt bên bên chế độ ngủ: Nhàn rỗi, giảm ồn ADC, tiết kiệm lượng, giảm lượng tiêu thụ, giảm lượng tiêu thụ, chờ, đóng băng trạng thái - I/O loại - 32 đường I/O khả trình - Điện áp hoạt động: 2.7 - 5.5 V - Nhiệt độ hoạt động: -40oC - 85oC Các tốc độ: - 0-8 MHz điện áp 2.7 - 5.5 V, – 16 MHz điện áp 4.5 - V - Tiêu thụ lượng MHz, 3V, 25oC ATmeLPG16L - Hoạt động tích cực: 1.1mA - Chế độ nghỉ 0.35 mA - Chế độ lượng thấp: