(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo của ô tô điện

(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo của ô tô điện(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo của ô tô điện(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo của ô tô điện(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo của ô tô điện(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo của ô tô điện(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo của ô tô điện(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo của ô tô điện(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo của ô tô điện(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo của ô tô điện(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo của ô tô điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Võ Duy Thành NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT HỆ SỐ TRƯỢT VÀ ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ TUYỆT ĐỐI CHO ĐIỀU KHIỂN LỰC KÉO CỦA Ô TÔ ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội, 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Võ Duy Thành NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT HỆ SỐ TRƯỢT VÀ ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ TUYỆT ĐỐI CHO ĐIỀU KHIỂN LỰC KÉO CỦA Ô TÔ ĐIỆN Ngành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Tạ Cao Minh Hà Nội, 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ "Nghiên cứu thiết kế quan sát hệ số trượt ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiển lực kéo ô tơ điện" cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn người hướng dẫn khoa học Các kết trình bày luận án trung thực chưa công bố tác giả khác Toàn nội dung kế thừa tham khảo trích dẫn, tham chiếu đầy đủ Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn Nghiên cứu sinh i LỜI CẢM ƠN Một điều dễ nhận thấy việc nghiên cứu hoàn thành báo cáo phần Kết luận đặt cuối lại phần mà người nghiên cứu phải hoàn thành nội dung đầu tiên; đó, phần Lời cảm ơn đặt đầu viết sau Khơng phải tầm quan trọng phần mà sau hồn thành xong tồn đóng gói luận án ta nhìn lại chặng đường dài làm việc thầm cảm ơn người ta suốt thời gian Tơi thức bảo vệ đề cương Nghiên cứu sinh vào đầu tháng 5/2013 với tên đề tài ban đầu gợi ý Tiến sĩ Nguyễn Bình Minh, người có nhiều cơng trình nghiên cứu thành cơng tơ điện Nhật Bản Sau trình bày đề cương, có khơng ý kiến cho rằng, đề tài khó làm, thiếu tính thực tiễn, khơng có sở nghiên cứu giới Bản thân thời điểm đó, tơi tự nhận thấy nội dung đề xuất mơ hồ thiếu tính hàn lâm Phải nhiều thời gian kiên trì tìm hiểu, trao đổi khám phá, cộng với động viên, giúp đỡ người thầy hướng dẫn khả kính tận tụy, Phó Giáo sư Tạ Cao Minh, tơi thấy thực u thích đề tài biết có lựa chọn sáng suốt Vì vậy, lời cảm ơn tơi xin gửi tới người thầy tơi, Phó Giáo sư Tạ Cao Minh, người không quản ngại thời gian, công sức từ đầu tới cuối công trình, người kiên trì giải thích, hỗ trợ, giảng giải khúc mắc trình nghiên cứu, kể câu hỏi "ngu ngơ" nhất, người bỏ bữa tối với gia đình để nghe tơi trình bày ý tưởng sửa chữa sai sót cơng trình nghiên cứu Với thầy, tơi người khoa học, dũng cảm thể tất thiếu sót mà khơng cảm thấy ngại ngùng Cảm ơn Tiến sĩ Nguyễn Binh Minh gợi ý ban đầu cho đề tài nghiên cứu, có thay đổi, bổ sung định xương sống định hướng đề tài giữ vững từ đầu tới cuối công trình Mỗi lần báo cáo định kỳ kết nghiên cứu đơn vị đào tạo, Bộ môn Tự động hóa Cơng nghiệp, Viện Điện, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, ln có người thầy phản biện gay gắt Mỗi lần báo cáo tranh luận sôi thẳng thắn Chỉ tới tơi trình bày hồn chỉnh nghiên cứu tơi cách có hệ thống, kết hợp với q trình triển khai thực nghiệm, tơi nhận "cái gật đầu" thầy Tôi nhận thấy rằng, tranh luận, ý kiến phản biện gay gắt mà sắc sảo tạo động lực nghiên cứu cho tơi, kích thích tính "hiếu thắng khoa học", đôi khi, đồng ý thầy giống đích đến mà tơi ln nỗ lực để đạt Nếu khơng có kiện ấy, tơi khơng biết tới hồn thành nghiên cứu Người thầy thầy Phó Giáo sư Trần Trọng Minh Xin cảm ơn thầy tất quan tâm, sát sao, động viên bảo suốt thời gian qua Tôi xin cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Tự động hóa, nơi tơi cơng tác, anh chị em đồng nghiệp động viên, cổ vũ để cảm nhận niềm vui ii nghiên cứu khoa học Tơi xin đặc biệt cảm ơn thầy Phó Giáo sư Nguyễn Văn Liễn, Phó Giáo sư Bùi Quốc Khánh, Giáo sư Nguyễn Phùng Quang quan tâm, góp ý, động viên coi tơi người Tự động hóa Đồng thời, tơi xin chân thành cảm ơn thầy Phó Giáo sư Hồ Hữu Hải Phó Giáo sư Đàm Hồng Phúc cơng tác Viện Cơ khí Động lực, ĐH BKHN trao đổi góp ý để hồn thiện thiếu sót "kẻ ngoại đạo" ngành ô tô Tại Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Sáng tạo Công nghệ, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, tơi có người đồng nghiệp, người bạn cho tơi khơng khí nghiên cứu khoa học nghĩa trao đổi chuyên môn, thảo luận chi tiết, vào chất vấn đề nghiên cứu Cám ơn bạn Nguyễn Bảo Huy trao đổi hiệu Mỗi lần Huy nước lần "khơng khí khoa học" Trung tâm lại thổi bùng lên cách hứng khởi Cám ơn chị Nguyễn Thu Hà, chuyên mơn Kinh tế kiên trì ngồi nghe tơi giải thích vấn đề khoa học kỹ thuật tưởng khơ khan Có kết nghiên cứu hôm không nhắc tới giúp đỡ bạn sinh viên ngành Tự động hóa Các bạn giúp tơi triển khai thực tế ý tưởng nghiên cứu Cảm ơn bạn lần thầy trò đẫm mồ xưởng vào ngày hè để giải mã thông tin xe tơ điện, lần "cẩu" xe ô tô Nam Định để đo đạc đặc tính động học, lần bị đói cố chạy thực nghiệm nốt lần cuối chưa thành lần cuối Đó ln trải nghiệm mà khơng làm thực khơng có Đồng thời, xin cảm ơn bạn Nguyễn Trung Kiên, giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đồng nghiệp Bộ môn Kiên giúp đỡ tơi q trình làm thực nghiệm lấy đặc tính xe tơ Nam Định Cuối quan trọng gia đình Tơi có gia đình tuyệt vời Đó cha mẹ tôi, người quan tâm động viên khơng gây sức ép sợ tơi phải vất vả làm việc, chăm lo cho cách vô tư thâm tâm biết rằng, cha mẹ lo lắng tiến độ nghiên cứu tơi khơng nói Đó vợ tơi, người bạn đời ln tôi, hỗ trợ vật chất lẫn tinh thần lúc khó khăn nhất, "chịu đựng" sớm muộn, giúp gánh vác sống gia đình Đó trai tơi, đứa trẻ mà lần tơi nhìn lần tơi thấy tiếp thêm động lực làm việc Tôi xin dành lời cảm ơn sâu sắc chân thành tới gia đình mình, chỗ dựa vững mà tơi khơng thể tìm thấy khác Hà Nội, tháng năm 2019 iii Mục lục Mở đầu 1 Tổng quan 1.1 Khái quát đối tượng nghiên cứu 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Điều khiển chuyển động xe ô tô điện 1.2.2 Các trạng thái xe ô tô 1.2.3 Giới hạn nội dung nghiên cứu đề xuất yêu cầu luận 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.3.1 Ước lượng trạng thái xe ô tô điện 1.3.2 Các nghiên cứu điều khiển lực kéo - TCS 1.4 Đề xuất phương hướng thực nghiên cứu Kết luận chương án 4 5 11 16 17 17 22 27 29 Mơ hình hóa mơ xe tơ điện Tóm tắt nội dung 2.1 Cấu hình mơ hình mơ 2.2 Mơ hình hóa động học động lực học xe ô tô điện 2.2.1 Động học xe ô tô 2.2.2 Động lực học xe ô tô 2.2.3 Mô kiểm chứng 2.3 Xây dựng hệ thống mô Signal Hardware-in-the-loop cho xe ô tô điện 2.3.1 Mô Hardware-in-the-loop - Định nghĩa phân loại 2.3.2 Cấu hình hệ thống mô Signal Hardware-in-the-loop cho xe ô tô điện 2.3.3 Mô hình hệ thống truyền động xe tơ điện 2.3.4 Thiết kế ghép nối phần cứng tổng thể hệ thống 2.4 Kết kiểm chứng mơ hình 2.4.1 Các kịch thử nghiệm 2.4.2 Kết Kết luận chương 30 30 30 32 32 33 37 41 41 Ước lượng trạng thái xe tơ điện Tóm tắt nội dung 3.1 Tổng hợp liệu đa cảm biến - mơ hình số vấn đề cần giải 3.2 Nâng cao tốc độ trích mẫu cảm biến lọc Multirate Kalman 3.2.1 Giới thiệu chung 3.2.2 Bộ lọc Multirate Kalman 3.2.3 Đề xuất cải tiến lọc Multirate Kalman 53 53 53 56 56 58 60 iv 44 44 46 46 46 49 52 MỤC LỤC 3.2.4 Kết mô 3.3 Ước lượng trực tiếp hệ số trượt xe ô tô điện 3.3.1 Mơ hình thu gọn xe tơ điện 3.3.2 Thiết kế ước lượng trực tiếp hệ số trượt 3.3.3 Thiết kế quan sát trực tiếp hệ số trượt 3.3.4 Kết mô 3.3.5 Nhận xét 3.4 Ước lượng tốc độ dài sử dụng Tổng hợp liệu đa cảm biến 3.4.1 Đặt vấn đề 3.4.2 Tổng hợp tối ưu thông tin từ nhiều nguồn liệu 3.4.3 Ứng dụng cho ước lượng vận tốc tuyệt đối Kết luận chương 62 65 65 66 67 69 70 70 70 73 74 75 Điều khiển hệ số trượt Tóm tắt nội dung 4.1 Giới thiệu chung 4.2 Điều khiển giới hạn hệ số trượt 4.2.1 Cấu hình hệ thống điều khiển đề xuất 4.2.2 Xây dựng điều khiển 4.2.3 Kết mô 4.3 Điều khiển chống trượt sở giới hạn mô men truyền cực đại 4.3.1 Ước lượng mô men truyền cực đại MTTE (Maximum Transmissible Torque Estimation) 4.3.2 Cải tiến điều khiển giới hạn mô men cực đại 4.3.3 Phân tích khảo sát tính ổn định 4.3.4 Kết mô Kết luận chương 77 77 77 78 78 79 82 86 86 87 88 91 95 Xây dựng hệ thống thực nghiệm kết 96 Tóm tắt nội dung 96 5.1 Xây dựng hệ thống thực nghiệm 96 5.1.1 Đặt vấn đề 96 5.1.2 Thiết kế hệ thống phần cứng 97 5.1.3 Hệ thống tham chiếu DAS-3 101 5.1.4 Lắp đặt hệ thống 102 5.1.5 Xây dựng hệ thống thực nghiệm điều khiển Signal Hardware-in-the-loop104 5.2 Kết thực nghiệm 105 5.2.1 Đặc điểm đường chạy thử 105 5.2.2 Phương pháp đánh giá kết ước lượng 105 5.2.3 Thử nghiệm độc lập hệ thống thu thập liệu 107 5.2.4 Thử nghiệm thuật tốn nâng cao tốc độ trích mẫu 109 5.2.5 Ước lượng tham số xe ô tô điện 111 5.2.6 Điều khiển chuyển động xe ô tô điện 115 Kết luận chương 122 Kết luận 123 Danh mục cơng trình cơng bố luận án 125 v MỤC LỤC Tài liệu tham khảo 127 vi Danh sách bảng 2.1 Các thông số sử dụng mơ hình 48 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 Dữ liệu số tin CAN Các thơng số MyRIO 1900 Các thông số hệ thống DAS-3 Thông số đường thử nghiệm Chất lượng phương pháp nâng cao tốc độ trích mẫu encoder bánh xe Chất lượng phương pháp ước lượng trực tiếp hệ số trượt Chất lượng phương pháp ước lượng tốc độ dài Chất lượng phương pháp tính tốn hệ số trượt thơng qua tốc độ dài vii 99 100 102 105 111 112 115 115 Danh sách hình vẽ 1.1 Các lớp tốn điều khiển xe ô tô điện 1.2 Xe ô tô người điều khiển điều khiển chuyển động 1.3 Các phương chuyển động xe ô tô 1.4 Mơ hình chuyển động ngang Segel - Mơ hình xe đạp 1.5 Các lực tác dụng lên xe theo phương dọc 1.6 Các trạng thái xe ô tô 1.7 Mối quan hệ hệ số trượt λ hệ số bám µ 1.8 Quan hệ tốc độ bánh xe, tốc độ xe hệ số trượt 1.9 Bộ sản phẩm đo tốc độ Kistler 1.10 Phân loại nghiên cứu điều khiển lực kéo ô tô điện 1.11 Điều khiển lực kéo sở mơ hình mẫu 1.12 Điều khiển lực kéo sở ước lượng điều kiện mặt đường 1.13 Điều khiển lực kéo không dùng thông tin vận tốc 1.14 Điều khiển hệ số trượt khoảng ổn định 1.15 Cấu trúc hệ điều khiển hệ số trượt sở điều khiển trượt 1.16 Các nhiệm vụ luận án 6 12 12 13 14 22 23 23 24 25 26 28 Các hướng chuyển động xe ô tô Mơ hình xe tơ bậc tự với lực tác dụng Cấu hình hệ thống Lưu đồ thuật tốn thực mơ hình xe ô tô Mơ hình Simulink động lực học động học xe ô tô Trường hợp - Tốc độ bình thường Trường hợp - Tốc độ cao Trường hợp - Chuyển hướng lái Phân loại mô Hardware-in-the-loop (a) Signal hardware-in-the-loop (b) Power Reduced-scale hardware-in-the-loop 2.10 Signal Hardware-in-the-loop với hệ điều khiển cho xe ô tô điện 2.11 Cấu hình đề xuất hệ thống mô Signal HIL 2.12 Cấu hình hệ thống truyền động xe tô điện 2.13 Mơ hình hệ thống truyền lực xe ô tô điện 2.14 Mơ hình tổng thể hệ thống Signal HIL cho xe ô tô điện 2.15 Ghép nối phần cứng hệ thống 2.16 Kết mô cho thử nghiệm thẳng 2.17 Kết đánh lái 30 31 31 36 37 38 39 40 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 42 43 44 45 46 47 47 50 51 3.1 Mơ hình q trình tổng hợp cảm biến JDL 54 3.2 Sự khác biệt thời gian trích mẫu hệ thống điều khiển 56 viii ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Võ Duy Thành NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT HỆ SỐ TRƯỢT VÀ ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ TUYỆT ĐỐI CHO ĐIỀU KHIỂN LỰC KÉO CỦA Ô TÔ ĐIỆN Ngành:... luận án đề xuất số thuật toán điều khiển chống trượt điều khiển lực kéo xe ô tô điện Các thuật toán điều khiển sử dụng kết phép ước lượng hệ số trượt thực Trong thuật toán điều khiển đề xuất, điều. .. đổi tham số động lực học xe ô tô Ước lượng vận tốc tuyệt đối xe ô tô để từ đó, kết hợp với thơng tin tốc độ bánh xe, tính tốn hệ số trượt Việc ước lượng vận tốc tuyệt đối sử dụng mở rộng cho nhiều