Phát triển hệ thống điều khiển tốc độ hệ thống tải được truyền động bằng động cơ điện thông qua ly hợp lưu chất điện - từ biến

Nghiên cứu đề xuất và xây dựng một phương pháp mới để điều khiển tốc độ của hệ thống tải dẫn động bởi động cơ điện, đó là sử dụng ly hợp lưu chất điện - từ biến (magneto-rheological fluid - MRF). Trong bài báo này, để ngắn ngọn chúng tôi dùng thuật ngữ ly hợp MRF.

SCIENCE TECHNOLOGY   PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ HỆ THỐNG TẢI ĐƯỢC TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN THÔNG QUA LY HỢP LƯU CHẤT ĐIỆN - TỪ BIẾN DEVELOPMENT OF A SPEED CONTROL SYSTEM FOR ROTARY LOAD DRIVEN BY ELECTRIC MOTORS VIA MAGNETO-RHEOLOGICAL CLUTCH Nguyễn Quốc Hưng1,*, Nguyễn Viễn Quốc2, Lê Duy Tuấn2, Nguyễn Thời Trung3 TÓM TẮT Nghiên cứu đề xuất xây dựng phương pháp để điều khiển tốc độ hệ thống tải dẫn động động điện, sử dụng ly hợp lưu chất điện - từ biến (magneto-rheological fluid - MRF) Trong báo này, để ngắn dùng thuật ngữ ly hợp MRF Sau phần giới thiệu lưu chất MRF ứng dụng hệ thống phanh ly hợp nhu cầu điều khiển vô cấp tốc độ đầu động cơ, cấu tạo nguyên làm việc ly hợp MRF để điều khiển tốc độ đầu động đề xuất Mơ hình tính tốn mơ men truyền động ly hợp MRF sau xây dựng dựa ứng xử lưu biến dẻo Bingham lưu chất MRF Thiết kế tối ưu ly hợp MRF thực để tìm kích thước tối ưu nhằm tạo mơ men cần thiết với khối lượng nhỏ Dựa vào kết tối ưu, mơ hình ly hợp MRF chế tạo để thực thí nghiệm nghiên cứu đặc tính kỹ thuật kiểm chứng với kết lý thuyết Hệ thống điều khiển tốc độ đầu động xây dựng để điều khiển tốc độ đầu thay đổi theo quy luật mong muốn với mô men tải khác Từ khóa: Điều khiển tốc độ động cơ, lưu chất điện - từ biến (MRF), ly hợp MRF, phanh MRF ABSTRACT In this research, a new method to control speed of a rotary load driven by electric motors via magneto-rheological clutch (MR clutch) is proposed and realyzed Firstly, the configuration of a motor speed control system using MR clutch is proposed The MR clutch configuration is then proposed and mathematically modelled based on Bingham-plastic rheological model of MR fluid An optimal designed of the MR clutch is then conducted to find out the optimal geometric dimensions of the clutch that can transform a required torque with minimum mass Based on optimal results, a prototype of the MR clutch is then manufactured and its performance characteristics are experimentally investigated A controller is then designed to control the output speed of the system In order to evaluate the effectiveness of the proposed motor speed control system, experimental results of the system are obtained and presented with discussions Keywords: Speed control, magneto-rheological fluid (MRF), MR clutch, MR brake Khoa Kỹ thuật, Trường Đại học Việt - Đức Khoa Cơ khí, Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Viện Khoa học Tính tốn, Trường Đại học Tơn Đức Thắng * Email: hung.nq@vgu.edu.vn Ngày nhận bài: 28/01/2019 Ngày nhận sửa sau phản biện: 16/4/2019 Ngày chấp nhận đăng: 10/6/2019 GIỚI THIỆU Thông thường tốc độ động điện nói chung, động DC nói riêng điều khiển cách thay đổi hiệu điện cung cấp cho phần ứng Tuy nhiên, phương pháp khó đáp ứng tốc độ thấp Cùng với đáp ứng hệ thống điều khiển động không đủ nhanh để đáp ứng theo mô men đầu trường hợp phát sinh mô men đột biến Các vấn đề gây khó khăn định cho việc điều khiển tốc độ hệ thống tải dẫn động động Những năm gần đây, điều khiển tốc độ động sử dụng phanh ly hợp lưu chất điện biến (electro-rheological fluid - ERF) nghiên cứu áp dụng [1-3] Tuy nhiên, nghiên cứu tồn số vấn đề mà nguyên nhân ứng suất làm việc ERF tương đối nhỏ, để tạo mơ men lớn cực phải lớn dẫn đến kích thước hệ thống lớn Lưu chất điện - từ biến (MRF) loại lưu chất thơng minh có chứa hạt phân tử vật liệu từ tính có khả chuyển đổi tính chất lưu biến nhanh mạnh chịu tác động từ trường Ưu điểm bật lưu chất MRF so với lưu chất ERF ứng suất chảy dẻo cao nhiều lần, bị lắng đọng hiệu điện tác động nhỏ Thêm vào đó, lưu chất MRF thương mại hóa rộng rãi Do vậy, lưu chất MRF ngày sử dụng rộng rãi quan tâm nghiên cứu nhà khoa học Đóng góp báo phát triển hệ thống điều khiển tốc độ tải dẫn động động điện thông qua ly hợp MRF Lý sử dụng ly hợp mà không dùng Số 52.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 27 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ phanh để điều khiển tốc độ đầu động để giảm bớt thất thoát lượng q trình phanh gây Phần lại báo bố trí sau: Trong phần tiếp theo, cấu tạo hệ thống ly hợp MRF để điều khiển tốc độ động đề xuất Sau đó, cấu tạo nguyên lý làm việc ly hợp MRF để điều khiển tốc độ đầu động đề xuất Mơ hình tính tốn mơ men truyền động ly hợp MRF sau xây dựng dựa ứng xử lưu biến dẻo Bingham lưu chất MRF Thiết kế tối ưu ly hợp MRF thực để tìm kích thước tối ưu nhằm tạo mơ men cần thiết với khối lượng nhỏ Dựa vào kết tối ưu, mơ hình ly hợp MRF chế tạo để thực thí nghiệm nghiên cứu đặc tính kỹ thuật kiểm chứng với kết lý thuyết Hệ thống điều khiển tốc độ đầu động xây dựng để điều khiển tốc độ đầu thay đổi theo quy luật mong muốn với mô men tải khác HỆ THỐNG LY HỢP MRF DÙNG ĐIỀU KHIỂN TỐC QUAY CỦA ĐỘ TẢI hở cho phép vỏ ly hợp chuyển động tự vỏ cố định Khe hở khơng nên q lớn gây tổn thất từ trường Trong nghiên cứu này, khe hở chọn 0,25mm Khi cuộn dây cung cấp nguồn điện tạo từ trường MRF khe đĩa vỏ ly hợp bị đông cứng lại Từ điều khiển mơ men truyền từ trục chủ động (trục động cơ) sang trục bị động (trục lắp vỏ ly hợp) cách điều khiển đông cứng MRF Khi thiết kế ly hợp MRF, việc thiết lập mối quan hệ mô men truyền động thơng số kích thước ly hợp từ trường tác động cần thiết Giả sử MRF có đặc tính ứng xử lưu biến dẻo Bringham biến thiên tốc độ MRF khe ly hợp tuyến tính, mơ men sinh có từ trường tác động mơ men khơng có từ trường tác động, tính sau [4, 5]: 4πτ ye πμR R [1  ( di ) ](ω i  ω o )  (R  R di3 ) d R T d  2πR t ( τ y T0  4πτ y πμR 4do R [1  ( di ) ](ωi  ω o )  (R  R 3di ) d R  2πR 2do t d ( τ y (1) (ω  ω o )R μ i )  Tseal  Tbr (2) (ω  ω o )R μ i )  Tseal  Tbr Với Rdi Rdo bán kính ngồi đĩa, d khe hở mặt đầu đĩa với vỏ ly hợp, khe hở mặt trụ vỏ ly hợp vỏ cố định, td chiều dày đĩa, i o vận tốc góc trục chủ động trục bị động, ye giới hạn chảy MRF mặt đầu đĩa hàm số từ trường tạo cuộn dây, y0 giới hạn chảy lưu chất MRF trạng thái khơng có tác động từ trường, µ độ nhớt sau chảy dẻo MRF xem số nghiên cứu này, Tseal mơ men ma sát trục vòng đệm, Tbr mô men ma sát trục ổ lăn Trong nghiên cứu này, mô men ma sát ổ lăn gây bỏ qua, mơ men ma sát gây vòng đệm (leaf seal) tính cơng thức sau: Hình cấu trúc ly hợp MRF Phần giới thiệu cấu trúc ly hợp MRF dùng để điều khiển tốc tải quay truyền động động mơ men truyền động phân tích dựa vào mơ hình lưu biến dẻo Bringham MRF Hình biểu diễn cấu trúc ly hợp MRF đề xuất Như hình, đĩa làm thép từ tính bắt vào trục truyền động làm thép khơng từ tính Trục truyền động gắn vào trục động Đĩa bao bọc vỏ ly hợp làm vật liệu thép từ tính, vỏ gắn trục ly hợp nối đến tải Khoảng trống đĩa vỏ ly hợp điền đầy MRF Toàn ly hợp đặt bên vỏ cố định làm thép từ tính Vỏ có tác dụng đỡ trục ly hợp để đạt cuộn dây tạo nên mạch từ khép kín qua khe lưu chất MRF dòng điện cấp cho cuộn dây Giữa vỏ cố định vỏ ly hợp có khe 28 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Số 52.2019 Tseal  , 65(2R s ) ( ωi  ω o )1/ (3) Trong cơng thức trên, Tseal tính theo đơn vị Oz-in (1Oz-in = 0,007Nm), bán kính trục Rs tính theo đơn vị inch (1inch = 0,0254m) tốc độ quay tính theo đơn vị (vòng/phút) Cơng thức (3) viết lại sau: Tseal  60, 36 (R s ) (ω i  ω o )1/ (4) Ở đây, Tseal tính theo đơn vị Nm, Rs tính theo đơn vị m, i o tính theo rad/s THIẾT KẾ TỐI ƯU LY HỢP MRF Trong thiết kế ly hợp MRF, mô men truyền động khối lượng thông số quan trọng cần xem xét Khối lượng ly hợp MRF nhỏ tốt giảm kích cỡ giá thành Hơn nữa, kích thước nhỏ khối lượng nhẹ vỏ ly hợp có mơ men quán tính SCIENCE TECHNOLOGY Với Vd, Vv1, Vv2,VMR ,Vtr Vc thể tích đĩa, vỏ ly hợp, vỏ cố định, lưu chất MRF, trục ly hợp cuộn dây Những thông số phụ thuộc vào kích thước hình học phận ly hợp thay đổi q trình tính tốn tối ưu ρd, ρv1, ρv2, ρMR , ρtr ρc khối lượng riêng đĩa, vỏ ly hợp, vỏ cố định, lưu chất MRF, trục ly hợp cuộn dây Như vậy, toán thiết kế tối ưu nghiên cứu tóm lược sau: Tìm giá trị tối ưu cho kích thước quan trọng ly hợp MRF cho mô men truyền động lớn theo công thức (1) đạt giá trị mơ men truyền động cần thiết khối lượng ly hợp tính theo cơng thức (5) nhỏ Trong nghiên cứu này, thép si-lít sử dụng để chế tạo chi tiết có tính từ tính ly hợp chi tiết đĩa vỏ ly hợp Dây dẫn dùng cho cuộn dây dây đồng có đường kính 0,511mm Trong suốt q trình tối ưu, dòng điện 2,5A (dòng điện cho phép tối đa dây quấn) cung cấp cho cuộn dây Lưu chất MRF sử dụng loại MRF132-DG sản xuất tập đoàn Lord Độ nhớt MRF132-DG 0,1Pa.s giới hạn chảy dẻo hàm mật độ từ trường tính gần sau [6]: τ y (Hmr )  c0  c1Hmr  c2Hmr  c3Hmr (6) Trong công thức này, y tính theo đơn vị kPa, mật độ từ thơng ngang qua khe MRF (Hmr) tính theo đơn vị kA/m Giá trị hệ số c0, c1, c2 c3 xác định phương pháp đường cong cực tiểu từ kết thực nghiệm có giá trị 0,30858, 2,83544E-4, -5,34429E-6 9,20846E-9 Trong trình tối ưu, chiều cao hc bề rộng wc cuộn dây, chiều dày thành vỏ bên ly hợp vỏ cố định thl ths, bán kính ngồi đĩa ly hợp Rdi Rdo, bề dày đĩa td bán kính ngồi R vỏ cố định chọn làm biến thiết kế Chú ý khe chứa MRF d có giá trị nhỏ mơ men truyền động lớn khối lượng ly hợp MRF nhỏ Tuy nhiên, khẻ hở nhỏ việc chế tạo gặp nhiều khó khăn, mơ men trạng thái không từ trường cao (mô men không điều khiển được) dẫn đến khó điều khiển Vo vậy, kích thước khơng chọn biến thiết kế mà lựa chọn theo kinh nghiệm tham khảo nghiên cứu trước đây, d = 1mm Một lưu ý vỏ ngồi khơng từ tính ly hợp Rõ ràng chiều dày vỏ nhỏ khối lượng kích thước ly hợp nhỏ, nhiên việc chế tạo khó khăn Trong báo náy, vỏ ngồi khơng từ tính ly hợp làm thép không rỉ với chiều dày 3mm Trong nghiên cứu này, toán từ trường giải phần mềm ANSYS dùng phần tử đa trường, đối xứng trục PLANE 13 Bài toán tối ưu giải cơng cụ tối ưu hóa tích hợp phần mềm ANSYS dùng phương pháp tối ưu bậc với thuật toán steepest decent Lưu ý rằng, để giải toán tối ưu phần mềm ANSYS, trước hết file lập trình APDL để giải tốn từ trường phần mềm ANSYS phải xây dựng Trong file lập trình này, trước hết tốn từ trường giải dùng phương pháp phần tử hữu hạn, sau từ kết tốn từ trường ta xác định từ trường trung bình qua khe MRF Khi biết từ trường trung bình qua rãnh MRF, công thức (6) sử dụng để xác định giới hạn chảy dẻo tương ứng cuối dùng cơng thức (1) để tính mơ men truyền động Khối lượng ly hợp xác định từ cơng thức (5) từ kích thước hình học ly hợp Hình biểu diễn trình tối ưu ly hợp đề xuất Trong nghiên cứu này, mô men truyền động ràng buộc lớn 10Nm điều kiện hội tụ đặt 0,1% Xét đến điều kiện bền, bán kính trục ly chọn Rs = 6mm Hệ số điền đầy cuộn dây chọn 75% tổn thất từ trường chọn 10% Để tính mơ men truyền động, ta xem trục vào ly hợp quay tốc độ đầu động 600 vòng/phút, đầu ly hợp có tốc độ quay 300 vòng/phút Kết cho thấy, với điều kiện hội tụ đặt 0,1%, kết tối ưu đạt bước lặp lần thứ 50 Tại điểm tối ưu, biến thiết kế có giá trị sau (mm): wc= 5,7, hc,= 2,7, th = 5,9, td = 4, Rdo = 50 R = 59,5 Ở giá trị tối ưu mơ men truyền động đạt tới 10Nm ràng buộc khối lượng toàn hệ thống ly hợp 2,04kg, số vòng cuộn dây 65 vòng Kích thước hình học tối ưu ly hợp MRF tổng hợp bảng Bảng Kích thước hình học ly hợp MRF tối ưu Giá trị Thông số (mm) Thông số Bán kính trục Bán kính ngồi đĩa Bán kính đĩa Bán kính vỏ cố định Chiều dày ly hợp Rs = Rdo = 49,8 Rdi = 18,5 R = 63,6 L = 10 td = Chiều dày đĩa 80 Design Variables [mm] nhỏ hơn, nên thuận lợi cho việc điều khiển tốc độ trục bị động Khối lượng ly hợp tính cơng thức: (5) mb  Vdρ d  Vv1ρ v1  Vv2ρ v2  VMR ρ MR  Vtr ρ tr  Vc ρ c R td Giá trị (mm) Kích thước khe MRF d, = Chiều cao cuộn dây hc = 4,6 Chiều rộng cuộn dây wc = Chiều dày mặt bên vỏ cố định ths = 5,5 Chiều dày mặt trụ vỏ tho = 5,3 cố định Chiều dày vỏ ly hợp thl = R hc R di t hs L 60 40 20 10 20 30 40 50 Iteration (a) Các biến thiết kế Số 52.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 29 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ M a ss 14 T n s m ittin g T o rq u e Mass (kg) 12 10 0 10 20 30 40 Transmitting Torque (Nm) 50 Ite tio n (b) Khối lượng ly hợp mô men truyền động Hình Kết tối ưu ly hợp MRF Đường sức từ kết cấu ly hợp giá trị tối ưu trình bày hình Giả sừ tốc độ đầu vào giữ cố định 600 (vòng/phút), với kích thước thiết kế bảng tính chất lưu chất MRF132-DG, ta tính Cvis = 0,0026 (N.s), Tfc = 0,164Nm, Tseal,max = 0,0086Nm Vì giá trị Tseal nhỏ so với giá trị khác, nên thiết kế điều khiển ta bỏ qua Để xác định Ty theo cường độ cấp cho cuộn dây ly hợp, ta dùng thí nghiệm hình Trong sơ đồ động servo DC có hộp giảm tốc điều khiển máy tính với vận tốc góc khơng đổi 30rpm Trục ly hợp nối với cảm biến mô men tĩnh (cảm biến lắp cố định với bàn) Trong trường hợp ly hợp làm việc giống phanh Tín hiệu đầu cảm biến mô men đưa vào máy tính qua chuyển đổi A/D để đánh giá Khi thí nghiệm,tín hiệu điều khiển dạng nấc từ máy tính qua khuếch đại (nguồn dòng) cấp cho cuộn dây ly hợp Tiến hành thí nghiệm với dòng điện nấc khác nhau: 0,25A, 0,5A, 0,75A, 1,0A, 1,25A, 1,5A, 1,75A, 2,0A, 2,75A 2,5A xác định mơ men trung bình tương ứng đo từ cảm biến mơ men giá trị xác lập, ta có kết hình Hình Đường sức từ ly hợp MRF tối ưu ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DÙNG LY HỢP MRF Trong phần này, động lực học trục ly hợp thiết lập thuật toán điều khiển sử dụng để điều khiển tốc độ trục ly hợp Từ hình 1, phương trình chuyển động trục bị động viết sau:  o  T  Tf  Tl Jω (7) Với J mơ men qn tính khối lượng trục bị động bao gồm vỏ ly hợp tải trọng, Tf mô men ma sát tác động trục bị động, T mô men truyền động ly hợp, Tl mô men tải trọng o vận tốc góc trục Kết hợp phương trình (1) (7), phương trình chuyển động trục viết sau  o  Cvis ωo  Ty  Tfc  Tseal  Tf  Tl Jω (8) Với C hệ số cản nhớt tương đương, Ty mô men gây giới hạn chảy dẻo (mô men điều khiển) Tfc mơ men phụ thuộc vào tốc độ đầu vào ly hợp Các đại lượng xác định sau C vis  Ty  Tfc  πμR R R [1  ( di ) ]  2πR 2do t dμ , d R do 4πτ ye (R 3do  R 3di ) πμR 4do R ωR [1  ( di ) ]ω i  2πR t d ( τ y  μ i ) d R do 30 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Số 52.2019 Hình Sơ đồ lắp đặt thí nghiệm ly hợp MRF Một lưu ý hình thí nghiệm này, mô men không điều khiển bị loại bỏ cân chỉnh (calip) cảm biến mô men trạng thái khơng có dòng điện cấp cho cuộn dây ly hợp Từ kết cho thấy mô men giới hạn dẽo ly hợp MRF dường bảo hòa dòng điện đạt tới 2,25A công xuất tiêu thụ cuộn dây tăng cao Do vậy, sử dụng hỉ nên giới hạn dòng điện nhỏ 2,25A Để ước lượng giá trị mô men giới hạn dẻo ly hợp theo cuờng độ dòng điện cung cấp cho cuộn dây, hàm hồi quy đa thức bậc ba sau sử dụng: Ty (I)  A  A1I  A2I2  A3I3 (9) Các tham số A0, A1, A2 A3 xác định phương pháp bình phương cực tiểu từ kết thực nghiệm Với kết thí nghiệm hình 5, mơ men giới hạn đàn hồi ly hợp thể tính sau: Ty (I)  0,1594  1, 442I  3, 815I2  1, 2254I3 (I  2,25A) (10) Quan hệ ngược dòng điện cần cấp cho cuộn dây để đạt mô men điều khiển mong muốn thể hình 5b Trong trường hợp này, hàm xấp xỉ sau u(V)  I(A)  0, 044  0, 3803Ty  0, 05465Ty2  0, 004Ty3 (11) SCIENCE TECHNOLOGY M ô m en C ô n g s u â 't X a p xi b a c b a c u a M ô m e n T y = -0 59 + 4 I + 3.81 I -1.22 I 30 20 10 0 0 1 5 (b) Sơ đồ hệ thống điều khiển Hình Hệ thống thí nghiệm điều khiển tốc độ đầu động dùng ly hợp MRF Từ phương trình (12), ta nhận thấy hệ thống điều khiển tốc độ dùng ly hợp ổn định Trong nghiên cứu này, điều khiển PID số sử dụng Để xây dựng điều khiển, ta viết phương trình (12) dạng sau: C u o ng d o n g die n (A ) (a) Cuong dong dien (A) M e a s u re d C u r v e F it t in g 2 0, 0021ω o  0, 0026ωo  Ty  D(t) I= 0 4 + T y- 0 T y + 0 T y (13) Ở đây, D(t)  0,164  Tl , xem mô men nhiễu tác động vào trục ly hợp Hình 6b mơ tả sơ đồ hệ thống điều khiển tốc độ đầu ly hợp dùng điều khiển PID đề xuất Tín hiệu mơ men điều khiển Ty xác định sau: 0 0 10 M ô m e n d ie u k h ie n ( N m )  Ty (t)  k P e(t)  k I e(t )dt  k D (b) Hình Đặc tính ly hợp MRF Lưu ý (11), u hiệu điện ngõ máy tính dùng để điều khiển dòng điện cấp cho cuộn dây I (1V -> 1A) Hình 6a biểu diễn hệ thống thí nghiệm điều khiển tốc độ đầu ly hợp Tốc độ quay đo Encoder đưa hệ thống điều khiển thời gian thực LABVIEW Phanh MRF sử dụng để tạo mô men tải khác tác dụng lên trục ly hợp Sai số tốc độ đo tốc độ mong muốn đưa vào điều khiển để đưa tín hiệu dòng diện điều khiển cấp cho cuộn dây ly hợp MRF thông qua bộ khuếch đại Với hệ thống thí nghiệm hình 6a, mơ men qn tính trục ly hợp J = 0,0021 (kg.m2) Như vậy, bỏ qua ma sát trục ly hợp, ma sát vòng đệm ma sát ổ lăn, phương trình chuyển động trục ly hợp rút gọn sau:  o  0, 0026ωo  Ty  0,164  Tl  T(t) 0, 0021ω de(t) dt (14) Với kp, ki kd độ lợi tỉ lệ, độ lợi tích phân độ lợi vi phân, e(t) độ sai lệch tốc độ Từ tín hiệu mơ men điều khiển Ty, hiệu điện ngõ từ máy tính dùng để điều khiển cường độ cấp cho cuộn dây xác định theo công thức (11) Trong nghiên cứu này, giá trị kp, ki kd xác định theo phướng pháp thử sai có giá trị sau: kp = 10; ki = 5; kd = 0,05 1000 Toc truc (rpm) Mô men dieu khien (Nm) 10 Công suâ't tiêu thu (W) 12 D e s ire d A c tua l 800 600 400 200 0 0 1 5 T h o i g ia n ( s ) (12) Cuong dong dien (A) 0 0 T h o i g ia n ( s ) (a) trang thiết bị thí nghiệm (a) Đáp ứng tần số 1Hz Số 52.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 31 Toc truc (rpm) KHOA HỌC CƠNG NGHỆ mong muốn với sai số trung bình 6% Sai số thông số hệ thống không ổn định vận tốc góc trục chủ động, ma sát mơ men tải trọng Trong nghiên cứu tiếp theo, thuật toán điều khiển bền vững (robust control algorithm) sử dụng xem xét để điều khiển tốc độ trục bị động với tải trọng khác D e sire d A ctua l 80 60 40 20 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 T h o i g ia n (s ) Cuong dong dien (A) 0 0 1 T h o i g ia n ( s ) (b) Đáp ứng tần số 3Hz Hình Đáp ứng điều khiển tốc độ Hình 7a 7b biểu diễn kết thực nghiệm tốc độ đầu trục ly hợp điều khiển đáp ứng theo tốc độ mong muốn tốc độ biến thiên hình sin với tần số 1Hz 3Hz Trong thí nghiệm này, mô men tải phanh MRF tạo 3Nm Như quan sát quỹ đạo tốc độ mong muốn thu phù hợp sai số trung bình 6% Sai số cao kết không ổn định thông số vận tốc góc trục chủ động (động DC), ma sát vòng đệm ổ bi, ma sát trục mô men tải trọng Các đại lượng nhiễu gây sai lệch Trong nghiên cứu tiếp theo, thuật toán điều khiển bền vững (robust control algorithm) xem xét để điều khiển tốc độ trục bị động với tải trọng khác giảm thiểu sai số nhiễu gây KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, phương pháp để điều khiển tốc độ hệ thống tải dẫn động động điện thông qua hệ thống ly hợp lưu chất điện - từ biến đề xuất, thiết kế tối ưu, chế tạo thực nghiệm Thiết kế tối ưu xem xét tới mơ men truyền động cần thiết, kích thước khối lượng ly hợp MRF Mục tiêu tốn tối ưu xác định kích thước hình học ưu ly hợp cho khối lượng ly hợp nhỏ mô men truyền động đạt giá trị mơ men u cầu, trongn nghiên cứu 10Nm Mơ hình mẫu ly hợp MRFđã chế tạo để làm thí nghiệm đánh giá Một hệ thống điều khiển tốc độ đầu động DC kết nối với tải thông qua ly hợp MRF điều khiển PID thiết kế, chế tạo Kết thí nghiệm điều khiển tốc độ thay đổi theo quy luật hình sin mong muốn với tần số 1Hz 3Hz mô men tải 3Nm thưc trình bày Kết cho thấy tốc độ điều khiển đáp ứng tốt với tốc độ 32 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 52.2019 LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ phát triển khoa học công nghệ quốc gia (NAFOSTED) với mã số đề tài 107.01-2016.32 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kikuchi T and Furusho J, 2003 Development of Isokinetic Machine Using ER Brake Proceedings of the 2003 IEEE International Conference on Robotics & Automation, Taipei, Taiwan, pp.214-219 [2] Furusho J, Sakaguchi M, Takesue N and Koyanagi K, 2002 Development of ER Brake and Its Applycation to Passive Force Display Journal of Intellygent Material Systems and Structures, Vol 13, pp.425-450 [3] Choi S B et al., 2007 Speed control of DC motor using electro-rheological brake system Journal of Intellygent Material Systems and Structures, Vol 18 (12), pp.1191-1196 [4] Brian E S, 2005 Research for dynamic seal Friction modelyng in lynear motion hydraulyc Piston applycations Master of Science thesis, University of Texas at Arlyngton, USA [5] Nguyen Q H, Lang V T, Nguyen N D, Choi S B, 2014 Geometric optimal design of MR brake considering different shapes of the brake envelope Smart Matter Struct., Vol 23(1), pp 01-10 [6] Nguyen Q H, Choi S B, Lee Y S, Han S, 2013 Optimal design of high damping force engine mount featuring MR valve structure with both annular and radial flow paths Smart Matter Struct., Vol 22(11), pp 01-11 AUTHORS INFORMATION Nguyen Quoc Hung1, Nguyen Vien Quoc2, Le Duy Tuan2, Nguyen Thoi Trung3 Faculty of Engineering, Vietnamese - German University Faculty of Mechanical Technology, Industrial University of Ho Chi Minh City Institute for Computational Science, Ton Duc Thang University ... để điều khiển tốc độ hệ thống tải dẫn động động điện thông qua hệ thống ly hợp lưu chất điện - từ biến đề xuất, thiết kế tối ưu, chế tạo thực nghiệm Thiết kế tối ưu xem xét tới mô men truyền động. .. = -0 59 + 4 I + 3.81 I -1 .22 I 30 20 10 0 0 1 5 (b) Sơ đồ hệ thống điều khiển Hình Hệ thống thí nghiệm điều khiển tốc độ đầu động dùng ly hợp MRF Từ phương trình (12), ta nhận thấy hệ thống điều. .. cung cấp nguồn điện tạo từ trường MRF khe đĩa vỏ ly hợp bị đông cứng lại Từ điều khiển mơ men truyền từ trục chủ động (trục động cơ) sang trục bị động (trục lắp vỏ ly hợp) cách điều khiển đông cứng