ứng dụng logic mờ trong điều khiển hệ thống điều tốc động cơ diesel tàu thủy (khoa điện)

3 Chương TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1 Khái quát chung động Diesel Động Diesel hay gọi động nén cháy (compression-ignition) hay động CI, đặt theo tên Rudolf Diesel Động Diesel loại động đốt trong, việc đánh lửa nhiên liệu gây nhiệt độ cao khơng khí xi lanh nén học (nén đoạn nhiệt) Điều trái ngược với động đánh lửa động xăng hay động ga (sử dụng nhiên liệu khí) sử dụng đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệukhơng khí Động Diesel hoạt động cách nén khơng khí Điều làm tăng nhiệt độ khơng khí bên xi lanh lên cao đến mức nhiên liệu diesel phun vào buồng đốt tự bốc cháy Với nhiên liệu đưa vào khơng khí trước đốt, phân tán nhiên liệu không đồng đều; gọi hỗn hợp nhiên liệu - khơng khí khơng đồng Mơ-men xoắn mà động Diesel tạo điều khiển cách điều khiển tỷ lệ nhiên liệu-khơng khí (λ); thay điều tiết khí nạp, động diesel phụ thuộc vào việc thay đổi lượng nhiên liệu phun tỷ lệ nhiên liệu-khơng khí thường cao Động Diesel có hiệu suất nhiệt cao (hiệu suất động cơ) động đốt đốt thực tế hệ số giãn nở cao đốt cháy nghèo vốn có cho phép tản nhiệt khơng khí dư thừa Một mát hiệu suất nhỏ tránh so với động xăng phun vô hướng hai nhiên liệu khơng cháy khơng có chụp xupap nhiên liệu khơng trực tiếp từ đầu vào ống xả Động Diesel tốc độ thấp (như sử dụng tàu ứng dụng khác trọng lượng tổng thể động tương đối khơng quan trọng) đạt hiệu suất hiệu lên tới 55%.[1] Động Diesel thiết kế theo chu kỳ hai bốn Chúng ban đầu sử dụng thay hiệu so với động nước cố định Từ năm 1910, chúng sử dụng tàu ngầm tàu thủy Sau đó, cịn sử dụng đầu máy, xe tải, máy xây dựng nhà máy điện Vào năm 1930, chúng dần bắt đầu sử dụng vài ô tô Kể từ năm 1970, việc sử dụng động diesel phương tiện đường xe địa hình lớn Mỹ tăng lên Theo Konrad Reif, trung bình EU, tơ diesel chiếm nửa số ô tô đăng ký [2] Các động Diesel lớn giới đưa vào sử dụng động Diesel thủy phi 14 xi-lanh, hai thì; chúng tạo cơng suất cực đại gần 100 MW [3] 1.2 Đặc điểm Các đặc điểm động diesel là: [4] Nén đánh lửa: Do nén gần đoạn nhiệt, nhiên liệu bốc cháy mà khơng có thiết bị đánh lửa bugi Sự hình thành hỗn hợp bên buồng đốt: Khơng khí nhiên liệu trộn buồng đốt khơng phải ống dẫn khí vào Điều chỉnh tốc độ động chất lượng hỗn hợp: Thay điều tiết hỗn hợp nhiên liệu-khơng khí, lượng mô-men xoắn tạo (dẫn đến chênh lệch tốc độ quay trục khuỷu) thiết lập khối lượng nhiên liệu phun, luôn trộn với nhiều khơng khí tốt Hỗn hợp nhiên liệu - khơng khí khơng đồng nhất: Sự phân tán khơng khí nhiên liệu buồng đốt khơng đồng Tỷ lệ khơng khí cao: Do ln chạy với khơng khí nhiều khơng phụ thuộc vào hỗn hợp xác khơng khí nhiên liệu, động diesel có khơng khí tỷ lệ nhiên liệu nghèo so với phép đo lường Ngọn lửa khuếch tán: Khi đốt cháy, trước tiên oxy phải khuếch tán vào lửa, thay phải trộn oxy nhiên liệu trước đốt, điều dẫn đến lửa trộn sẵn Nhiên liệu có hiệu suất đánh lửa cao: Vì động Diesel dựa vào nén đánh lửa, nhiên liệu có hiệu suất đánh lửa cao (chỉ số Cetane) lý tưởng cho hoạt động động thích hợp, nhiên liệu có khả chống va đập tốt (chỉ số octan) xăng tối ưu cho động Diesel 1.3 Chu kỳ động diesel Hình 1.1 Sơ đồ Sơ đồ p-V chu trình diesel Sơ đồ p-V cho chu trình Diesel lý tưởng Chu trình theo số 1-4 theo chiều kim đồng hồ Trục hồnh thể tích xi lanh Trong chu trình Diesel, trình đốt cháy xảy áp suất gần không đổi Trên sơ đồ này, công tạo cho chu kỳ tương ứng với diện tích vịng lặp 1.4 Kết cấu chung động Diesel Động bao gồm chi tiết cố định, chi tiết chuyển động, cấu phối khí hệ thống đảm bảo làm việc cấu phụ thiết bị (thiết bị điều khiển, điều chỉnh tự động, tổ hợp tăng áp thiết bị khác) 1.4.1 Các chi tiết cố định Các chi tiết cố định gồm: bệ, khung, khối xi lanh, nắp chi tiết liên kết chúng với Bệ động bắt chặt với khung bệ buồng máy Trục khuỷu đặt ổ đỡ, ổ đỡ trục khuỷu bố trí khung bệ động Đối với động nhỏ ổ đỡ trục khuỷu đúc rời gọi ổ đỡ treo, với động lớn ổ đỡ chế tạo cách hàn đúc bệ đỡ Với khung kín phần ổ đỡ có bố trí máng lót Phần máng lót có bố trí lỗ cấp dầu bôi trơn Với khung hở máng lót chế tạo rời thép lắp ghép với phần khung guzông Phần khung bệ dùng làm thùng góp dầu chảy từ chi tiết chuyển động xuống (gọi te) Khung thân đặt khung bệ chế tạo cách đúc từ gang thép, hàn từ thép Khung thân động thấp tốc chế tạo thành khối riêng lắp ghép lại với theo dạng chữ A dạng khối Xi lanh bố trí khung thân Khoảng khung thân che kín nắp thép, động lớn nắp có bố trí cửa kiểm tra van an tồn tránh áp suất cao te Các te phần khơng gian phía khung bệ khung thân thường dùng để chứa dầu bơi trơn tuần hồn Với kết cấu đại khung thân chế tạo thành khối khối để nâng cao độ vững te Xi lanh gồm vỏ bọc phía ngồi ống lót phía Ống lót xi lanh ép vào sơ mi xi lanh, chúng khoang trống cho nước tuần hồn Ống lót thường chế tạo từ gang kết cấu Peclít hay gang có mạ Crôm Niken Xi lanh chế tạo riêng biệt đúc thành khối (phụ thuộc vào loại động cơ) Xi lanh, thân bệ liên kết với bu lông dài Do áp lực khí lên buồng cháy nên khung động chịu kéo, dùng bu lông liên kết nối xi lanh, thân, bệ cho phép giảm lực kéo chúng Các bu lông liên kết siết chặt với lực lớn so với lực phát sinh khí cháy sinh xi lanh, khối xi lanh khung thân chịu nén Nắp xi lanh dùng để đóng kín thể tích cơng tác, nắp xi lanh có bố trí xupáp nạp, xả, khởi động, an tồn, vịi phun nhiên liệu, van thị Nắp xi lanh có kết cấu phức tạp, có khoang trống để nước tuần hồn, gân tăng độ bền lỗ để lắp với đường ống khác Nắp chịu ứng suất nhiệt lớn, vật liệu để chế tạo cần phải có giới hạn bền hệ số dẫn nhiệt cao, hệ số giản dài nhỏ, chịu nhiệt tốt 1.4.2 Các chi tiết chuyển động Với động có đầu chữ thập chi tiết chuyển động chủ yếu gồm: piston chi tiết lắp nó, nối, đầu chữ thập, biên, trục khuỷu, bánh đà, với động hình thùng khơng có nối đầu chữ thập Piston chi tiết tiếp nhận lực khí cháy truyền lực đến biên, trục khuỷu Piston làm việc điều kiện chịu lực nặng nề, chịu nhiệt cao Thể tích cơng tác bao đáy nắp xi lanh, đỉnh piston phần bề mặt làm việc xi lanh piston điểm chết gọi buồng cháy nhiên liệu Về mặt kết cấu công nghệ chế tạo piston chi tiết phức tạp, kim loại dùng để chế tạo piston cần phải đảm bảo tính nhiệt độ cao truyền nhiệt chịu mòn tốt Piston gồm phần đầu phần dẫn hướng Đỉnh bề mặt bên bố trí phần đầu piston Trên bề mặt bên bố trí rãnh xéc măng khí xéc măng dầu Với động thấp tốc tải lớn phần đầu piston thường chế tạo từ thép chịu nhiệt, phần dẫn hướng thường chế tạo từ gang hợp kim nhôm Xéc măng khí đảm bảo làm kín truyền nhiệt từ đầu piston đến bề mặt ống lót xi lanh Để đảm bảo kín khí phụ thuộc vào loại động thường bố trí từ 2-7 xéc măng phía cùng, phần cịn lại bố trí xéc măng dầu dùng để gạt dầu bơi trơn tăng tính tin cậy làm việc nhóm piston Piston động thấp tốc số động trung tốc làm mát nước dầu tuần hoàn Cán piston chế tạo từ thép bon dùng để nối piston với đầu chữ thập, lực khí cháy từ piston truyền đến cấu biên khuỷu thông qua biên (thanh truyền) Đầu chữ thập nối cán với đầu nhỏ biên tiếp nhận lực đẩy ngang truyền cho bệ trượt Đầu chữ thập đảm bảo chuyển động thẳng đứng piston, nên làm giảm độ mài mịn ống lót xi lanh Biên chế tạo từ thép bon thép hợp kim, biến chuyển động tịnh tiến piston thành chuyển động quay trục khuỷu, truyền lực từ piston đến trục khuỷu, nối liền với cổ biên thông qua bạc đỡ Trục khuỷu chi tiết quan trọng nhất, đắt tiền chế tạo phức tạp Cơng suất có ích động sinh đo mặt bích trục khuỷu Mơ men quay truyền cho chong chóng thơng qua hệ trục hay thiết bị nhận lực khác Trục khuỷu chịu lực uốn, xoắn lớn, lực luôn thay đổi dấu trị số, để chế tạo trục khuỷu người ta dùng thép gang chất lượng cao Trục khuỷu động thấp tốc công suất lớn tính tốn để suốt thời gian làm việc khơng phải sưả chữa lớn, khoảng 60÷80 nghìn hơn, nghĩa suốt thời gian làm việc tàu Bánh đà lắp ráp phần cuối trục khuỷu, có khối lượng lớn, dùng để trì mức độ khơng đồng cho trục khuỷu hệ trục, tích luỹ cơng dư hành trình sinh cơng piston giải phóng cho hệ trục hành trình tiêu tốn cơng Với động tàu thuỷ thấp tốc nhiều xi lanh bánh lắp ráp trục có cơng dụng bánh đà Các chi tiết cấu phối khí Trục phối khí trục khuỷu dẫn động thông qua hệ thống bánh hay xích truyền động, trục phối khí có bố trí cam phối khí cam nhiên liệu đảm bảo điều khiển xupáp nạp, xả, phun nhiên liệu thời điểm theo thứ tự xác định hành trình tiến lùi 1.4.3 Các hệ thống Để đảm bảo trình làm việc động dùng hệ thống sau đây: - Hệ thống nhiên liệu: dùng để chuẩn bị nhiên liệu cấp vào xi lanh thời điểm với lượng xác định - Hệ thống dầu nhờn: cấp dầu bôi trơn cho bề mặt làm việc chi tiết chuyển động tương làm mát chi tiết - Hệ thống làm mát: dùng để làm mát chi tiết cấu có nhiệt độ cao - Hệ thống khí nén: dùng để khởi động hãm động - Hệ thống đảo chiều: dùng để đảo chiều quay trục khuỷu - Hệ thống nạp thải: dùng để đảm bảo lượng khơng khí cấp vào xi lanh động xả sản vật cháy 1.5 Ưu điểm Động Diesel có số lợi so với động hoạt động nguyên tắc khác: Động Diesel có hiệu suất cao tất động đốt 10 Động Diesel phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt, không bị hạn chế khí nạp ngồi lọc khí hệ thống ống khí vào khơng có chân khơng đường ống vào để thêm tải ký sinh tổn thất bơm pít-tơng bị kéo xuống so với chân không hệ thống hút Làm đầy xi lanh với khơng khí khí hỗ trợ hiệu suất thể tích tăng lên lý tương tự Mặc dù hiệu nhiên liệu (khối lượng đốt cháy với đơn vị lượng tạo ra) động diesel giảm mức tải thấp hơn, khơng giảm nhanh động xăng tua bin thơng thường.[5] Hình 1.2 Xe bt chạy diesel sinh học Động diesel đốt cháy số lượng lớn loại nhiên liệu, bao gồm số loại dầu nhiên liệu, có lợi nhiên liệu xăng Những ưu điểm bao gồm: + Chi phí nhiên liệu thấp, dầu nhiên liệu tương đối rẻ + Đặc tính bơi trơn tốt + Mật độ lượng cao + Nguy bắt lửa thấp, chúng khơng tạo thành dễ cháy + Diesel sinh học loại nhiên liệu không dựa dầu mỏ (thơng qua transesterification) chạy trực tiếp nhiều động diesel, 11 động xăng cần điều chỉnh để chạy nhiên liệu tổng hợp sử dụng chúng làm phụ gia cho xăng (ví dụ: ethanol thêm vào gasohol) Động Diesel có hành vi thải khí thải tốt Khí thải chứa lượng tối thiểu carbon monoxide Hiđrôcacbon Động diesel phun trực tiếp phát lượng nitơ oxit động chu trình Otto Tuy nhiên, động bơm vào buồng xoáy buồng đốt trước, phát nitơ oxit khoảng 50% so với động chu trình Otto chạy đầy tải.[6] So với động chu trình Otto, động diesel phát thải chất nhiễm 10 lần carbon dioxide lần.[7] Chúng khơng có hệ thống đánh lửa điện cao áp, dẫn đến độ tin cậy cao dễ dàng thích nghi với mơi trường ẩm ướt Việc khơng có cuộn dây, dây bugi, v.v., giúp loại bỏ nguồn phát xạ tần số vơ tuyến gây nhiễu cho thiết bị dẫn đường liên lạc, đặc biệt quan trọng ứng dụng hàng hải máy bay, để ngăn chặn nhiễu với kính viễn vọng vơ tuyến (Vì lý này, phương tiện chạy diesel phép khu vực Vùng yên lặng vô tuyến điện quốc gia.) [8] Động Diesel chấp nhận áp suất tăng áp tăng áp tua bin mà khơng có giới hạn tự nhiên nào, [9] bị giới hạn thiết kế giới hạn vận hành phận động cơ, chẳng hạn áp suất, tốc độ tải Điều không giống động xăng, chắn phát nổ áp suất cao điều chỉnh động và/hoặc điều chỉnh số octan nhiên liệu không thực để bù vào 1.6 Ứng dụng 1.6.1 Thủy phi Một tám xi lanh 3200 I.H.P Harland Wolff - Động diesel Burmeister & Wain lắp đặt động thuyền máy Glenapp Đây 12 động Diesel công suất cao (1920) lắp đặt tàu (người đàn ông đứng bên phải để so sánh kích thước) Hình 1.3 Thủy phi 3200 I.H.P Harland Wolff Hình 1.4 Thủy phi Diesel – điện Kilo 636.3 Các yêu cầu cho động diesel hàng hải khác tùy thuộc vào ứng dụng Đối với ứng dụng quân thuyền cỡ trung bình, động diesel bốn tốc độ trung bình phù hợp Những động thường có tới 24 xi-lanh kèm với đầu công suất khu vực Megawatt chữ số.[10] 54 Hình 3.9 So sánh đáp ứng hệ thống có tín hiệu rung 55 Chương XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 4.1 Cấu trúc điều khiển mờ lai Fuzzy - PID Bộ điều khiển PID lai Fuzzy PD gồm hai vòng điều khiển: vòng điều khiển bên điều khiển vị trí van, vịng ngồi sử dụng PID lai Fuzzy PD có sơ đồ hình 4.1 Hình 4.1 Hệ thống điều tốc diezel dùng PID lai Fuzzy PD Hệ điều khiển PID lai Fuzzy PD hệ thống điều khiển tự động thiết bị điều khiển bao gồm hai thành phần: thiết bị điều khiển rõ (thường điều khiển PID kinh điển); thiết bị điều khiển mờ PD (PD Fuzzy Control) 4.2 Xây dựng điều khiển mờ Fuzzy 4.2.1 Xác định tập mờ Bộ điều khiển mờ gồm hai đầu vào: sai lệch tốc độ đặt (t) tốc độ góc (t) ET; đạo hàm sai lệch nhân với hệ số khuếch đại DET đầu để đưa đến van VA Sai lệch ET chọn miền giá trị nhỏ đoạn [0,1;+0,1]; đạo hàm DET theo mức chọn miền giá trị [-0,2;+0,2]; đầu VA có miền giá trị khoảng [-0,2;+0,2] Lý chọn giá trị mô tả hệ thống thay đổi điểm đặt khoảng [0.0; 1.0] PID điều khiển làm nhiệm vụ chính, có sai số khoảng ET, 56 đạo hàm sai số DET mờ tham gia, điều với ý nghĩa bù nhiễu, tham số van thay đổi 4.2.2 Xác định hàm liên thuộc: Các đầu vào ET, DET, đầu VA luật điều khiển thể hình 4.2 a Đầu vào ET b Đầu vào DET c Đầu VA Hình 4.2 Các hàm liên thuộc luật điều khiển 57 4.2.3 Xây dựng luật điều khiển (hình 11d) Dựa vào chất vật lý, kinh nghiệm dựa vào đặc tính độ thường gặp hệ thống điều khiển dùng PID, xây dựng luật điều khiển sau: Nếu ET khơng VA khơng đổi Nếu ET dương VA mở nhanh Nếu ET âm VA đóng nhanh Nếu ET khơng DET dương VA đóng chậm Nếu ET khơng DET âm VA mở chậm Luật điều khiển mô tả bề mặt quan hệ đầu vào điều khiển mờ thể hình 12 a Luật điều khiển 58 b Bề mặt điều khiển Hình 4.3 Luật điều khiển bề mặt điều khiển mờ 4.3 Mô nhận xét sử dụng mờ Fuzzy Hình 4.4 kết so sánh đáp ứng hệ thống dùng PID dùng PID lai Fuzzy PD trường hợp chưa có thay đổi dải chết nhiễu tải Tín hiệu đặt đầu vào thay đổi với giá trị khác Đáp ứng dùng PID, PID bù mờ tương tự nhau, điều chứng tỏ PID PID bù mờ cho đáp ứng hệ thống tốt, sai số tốc độ diezel nhỏ, sai số xác lập gần tiến đến 0, tốc độ thực diezel bám tín hiệu đặt tốt Khi dải chết tăng lên [-0.5 ÷ 0.5], đồng thời cho nhiễu tải đưa vào hệ thống hình 6, đáp ứng tốc độ thể hình 4.4 Với PID, sai số xác lập tăng lên, dao động nhiễu lớn, xuất thời điểm 35s, 95s 59 Hình 4.4 Đáp ứng dùng PID PID Fuzzy không nhiễu Bộ PID lai Fuzzy PD cho độ ổn định cao, khử nhiễu bám tín hiệu đặt tốt Qua thấy PID lai Fuzzy PD thiết kế khắc phục nhược điểm PID kinh điển, góp phần làm nâng cao chất lượng điều khiển Hình 4.5 Đáp ứng dùng PID PID Fuzzy nhiễu tải dải chết 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết đạt đề tài MATLAB phần mềm giúp kỹ sư, nhà sản xuất tối ưu hóa cơng việc cách tính tốn, mơ phỏng, thí nghiệm ảo, từ tạo sản phẩm điện tử xác, đáng tin cậy giá thành thấp Động Diesel tàu thủy đối tượng phi tuyến, địi hỏi phải tính tốn, lựa chọn điều khiển phức tạp, chưa tính đến khả linh hoạt chất lượng vận hành Do vậy, cần khai thác ứng dụng lý thuyết điều khiển đại Với phạm vi nghiên cứu xác định, đề tài tập trung nghiên cứu ứng dụng điều khiển kinh điển PID, điều khiển mờ vào việc điều khiển tốc độ động Diesel tàu thủy Qua trình thực hiện, tác giả nhận thấy rằng, việc sử dụng điều khiển mờ cho hệ thống tự động có nhiều thuận lợi như: đơn giản, dễ thay đổi hiệu chỉnh thông qua việc thay đổi số biến đầu đầu vào, thay đổi luật điều khiển sử dụng hàm thuộc khác tuỳ yêu cầu, Từ kết nghiên cứu lý thuyết, cụ thể qua phần mô mơ hình hệ điều khiển bù mờ PID cho động Diesel tàu thủy, đề tài góp phần vào giải số vấn đề sau: - Xây dựng hệ điều khiển tốc độ động Diesel tàu thủy phạm vi cho phép; - Xây dựng điều khiển PID, nối tầng cascade PID, PID có bù nhiễu tải, dùng tín hiệu rung chu kỳ, mờ lai PID cho hệ thống - Từ việc mô hệ điều khiển đối tượng điều khiển PID truyền thống điều khiển PID có bù mờ, đề tài đưa kết nhằm đánh giá chất lượng điều khiển, cụ thể so sánh việc sử dụng điều khiển PID việc sử dụng điều khiển PID bổ sung 61 thêm bù mờ, hệ có bù mờ có chất lượng điều khiển tốt (thời gian ổn định nhanh hơn, sai lệch tĩnh thấp hơn, ) Ngoài ra, qua đề tài chứng tỏ kết hợp điều khiển truyền thống điều khiển đại mang lại kết thuận lợi trình triển khai xây dựng mơ hình thực tế, phục vụ mục đích cụ thể người Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu thực Còn nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu phát triển để ứng dụng có hiệu quả, như: Về đào tạo: mô tả chi tiết khối hệ thống, chỉnh sửa dần để có tập cụ thể cho mơ hình hóa, mơ Về thực tiễn: - Áp dụng kết vào mơ hình thực nghiệm; - Tối ưu hoá lượng sử dụng hệ; - Mở rộng phạm vi điều khiển 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Konrad Reif (ed.): Dieselmotor-Management im Überblick 2nd edition Springer, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-06554-6 p 13 Konrad Reif (ed.): Dieselmotor-Management – Systeme Komponenten und Regelung, 5th edition, Springer, Wiesbaden 2012, ISBN 978-3-83481715-0, p 286 Karl-Heinrich Grote, Beate Bender, Dietmar Göhlich (ed.): Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau, 25th edition, Springer, Heidelberg 2018, ISBN 978-3-662-54804-2, 1205 pp (P93) Bài giảng Diesel tàu thủy – Khoa đóng tàu, Đại học Hàng Hải Wolfgang Beitz, Karl-Heinz Küttner (ed): Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau, 14th edition, Springer, Berlin/Heidelberg 1981, ISBN 978-3662-28196-3, p 712 Ransome-Wallis, Patrick (2001) Illustrated Encyclopedia of World Railway Locomotives Courier Dover Publications p 32 fg Karl-Heinrich Grote, Beate Bender, Dietmar Göhlich (ed.): Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau, 25th edition, Springer, Heidelberg 2018, ISBN 978-3-662-54804-2, 1191 pp (P79) Konrad Reif (ed.): Dieselmotor-Management im Überblick 2nd edition Springer, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-06554-6 p 171 “NRAO Green Bank Site RFI Regulations for Visitors” (PDF) National Radio Astronomy Observatory tr Truy cập ngày 14 tháng 10 năm 2016 10 Konrad Reif (ed.): Dieselmotor-Management im Überblick 2nd edition Springer, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-06554-6 p 41 11 Konrad Reif (ed.): Dieselmotor-Management im Überblick 2nd edition Springer, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-06554-6 p 12 12 Richard van Basshuysen (ed.), Fred Schäfer (ed.): Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven, 8th edition, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-10901-1 p 1289 13 Günter Mau: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Vieweg (Springer), Braunschweig/Wiesbaden 1984, ISBN 978-3-528-148898 pp 9–11 63 14 Kyrill von Gersdorff, Kurt Grasmann: Flugmotoren und Strahltriebwerke: Entwicklungsgeschichte der deutschen Luftfahrtantriebe von den Anfängen bis zu den internationalen Gemeinschaftsentwicklungen, Bernard & Graefe, 1985, ISBN9783763752836, p 14 15 Karl H Bergey: Assessment of New Technology for General Aviation Aircraft, Report for U.S Department of Transportation, September 1978, p 19 16 Rik D Meininger et al.: Knock criteria for aviation diesel engines, International Journal of Engine Research, Vol 18, Issue 7, 2017, doi/10.1177 17 AOPA: EPS gives certification update on diesel engine, 23 January 2019 Retrieved November 2019 18 Helmut Tschöke, Klaus Mollenhauer, Rudolf Maier (ed.): Handbuch Dieselmotoren, 8th edition, Springer, Wiesbaden 2018, ISBN 978-3-65807696-2, p 1066 19 Günter P Merker, Rüdiger Teichmann (ed.): Grundlagen Verbrennungsmotoren – Funktionsweise · Simulation · Messtechnik, 7th edition, Springer, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-03194-7, p 58 20 Konrad Reif (ed.): Dieselmotor-Management im Überblick 2nd edition Springer, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-06554-6 p 11 21 Günter P Merker, Rüdiger Teichmann (ed.): Grundlagen Verbrennungsmotoren – Funktionsweise · Simulation · Messtechnik, 7th edition, Springer, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-03194-7, p 273 22 Cornel Stan: Thermodynamik des Kraftfahrzeugs: Grundlagen und Anwendungen – mit Prozesssimulationen, Springer, Berlin/Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-53722-0 p 252 23 Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2002), Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 24 Tài liệu hãng MTU, “Operating Instructions Diesel Engine”, MTU Friedrichshafen GmbH, 2012 25 Bùi Quốc Khánh – Phạm Quang Đăng – Nguyễn Huy Phương – Vũ Thụy Nguyên, Điều khiển trình, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2014 26 Control Valve handbook, Emerson Fourth Edition, 2005 64 27 Dorf, R C and Bishop, R H: Modern Control System, (9th Ed) Prentice Hall, 2000 28 Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Tiến Ban, “Điều khiển tốc độ diesel trạm phát điện tàu thủy”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải, Số 32 – 11/2012, Trang 52 – 56 29 Isin Erenoglu, Ibrahim Eksin, Engin Yesil, Mujde Guzelkaya “An Intelligent Hibrid Fuzzy PID Controller”, ECMS-2006, 20th European Conference on Modelling and Simulation, Germany, 2006 65 MỤC LỤC Trang bìa Mục lục Danh mục hình vẽ, đồ thị, bảng biểu Thông tin kết nghiên cứu Mở đầu .1 TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1 Khái quát chung động Diesel .3 1.2 Đặc điểm 1.3 Chu kỳ động diesel 1.4 Kết cấu chung động Diesel .5 1.5 Ưu điểm .9 1.6 Ứng dụng .11 1.7 Phân loại nhãn hiệu động 16 1.8 Sự phát triển tương lai 22 ĐIỀU KHIỂN MỜ 23 2.1 Giới thiệu chung 23 2.2 Định nghĩa tập mờ 25 2.3 Một vài dạng hàm liên thuộc thường sử dụng 27 2.4 Xây dựng mơ hình mờ cho đối tượng 27 2.5 Nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ 44 2.6 Các bước thực xây dựng điều khiển mờ 45 2.7 Kết luận chương .46 MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG VÀ XÂY DỰNG CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN 47 3.1 Mơ hình hóa động Diesel 47 3.2 Mơ hình tốn hệ thống .48 3.3 Xây dựng điều khiển PID .50 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 55 4.1 Cấu trúc điều khiển mờ lai Fuzzy - PID .55 4.2 Xây dựng điều khiển mờ Fuzzy .55 4.3 Mô nhận xét sử dụng mờ Fuzzy .58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 Những kết đạt đề tài 60 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu thực 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 66 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, BẢNG BIỂU Hình 1.1 Sơ đồ Sơ đồ p-V chu trình diesel .5 Hình 1.2 Xe buýt chạy diesel sinh học 10 Hình 1.3 Thủy phi 3200 I.H.P Harland Wolff .12 Hình 1.4 Thủy phi Diesel – điện Kilo 636.3 12 Hình 1.5 Một động diesel thuyền Hồ Inle (Myanmar) 13 Hình 1.6 Động diesel Porsche 218 1959 15 Hình 1.7 Ba máy phát điện diesel 7SRL English Electric lắp đặt Nhà máy điện Saateni, Zanzibar 1955 16 Hình 2.1 Sơ đồ khối chức điều khiển mờ 28 Hình 2.2 Hàm liên thuộc luật hợp thành 33 Hình 2.3 Giải mờ phương pháp cực đại 35 Hình 2.4 Giải mờ theo nguyên lý trung bình 36 Hình 2.5 Giải mờ theo nguyên lý cận trái .36 Hình 2.6 Giải mờ theo nguyên lý cận phải .37 Hình 2.7 Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm .38 Hình 2.8 Cấu trúc điều khiển mờ 43 Hình 3.1 Hệ thống điều khiển tốc độ động Diezel 47 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 48 Hình 3.3 Hệ thống điều khiển tốc độ diezel Simulink .50 Hình 3.4 Chọn thông số cho PID 51 Hình 3.5 Đáp ứng tốc độ diezel 51 Hình 3.6 Hệ thống điều tốc diezel có bù nhiễu tải 52 Hình 3.7 So sánh đáp ứng hệ thống có bù nhiễu tải 52 Hình 3.8 Hệ thống điều tốc diezel có tín hiệu rung chu kỳ 53 Hình 3.9 So sánh đáp ứng hệ thống có tín hiệu rung .54 Hình 4.1 Hệ thống điều tốc diezel dùng PID lai Fuzzy PD .55 Hình 4.2 Các hàm liên thuộc luật điều khiển 60 Hình 4.3 Luật điều khiển bề mặt điều khiển mờ 58 Hình 4.4 Đáp ứng dùng PID PID Fuzzy không nhiễu 59 Hình 4.5 Đáp ứng dùng PID PID Fuzzy nhiễu tải dải chết .59 67 PHỤ LỤC: Mô tả hàm mờ Simulink ANFIS_D2 [System] Name='ANFIS_D2' Type='mamdani' Version=2.0 NumInputs=2 NumOutputs=1 NumRules=9 AndMethod='min' OrMethod='max' ImpMethod='min' AggMethod='max' DefuzzMethod='bisector' [Input1] Name='ET' Range=[-0.1 0.1] NumMFs=3 MF1='N':'trimf',[-0.1 -0.0595 0.0015] MF2='ZE':'trimf',[-0.0796 0.0807] MF3='P':'trimf',[-0.0015 0.0595 0.1] [Input2] Name='DET' Range=[-0.2 0.2] NumMFs=3 MF1='N':'trimf',[-0.2 -0.14 -0.003] MF2='ZE':'trimf',[-0.16 0.16] MF3='P':'trimf',[0.003 0.14 0.2] [Output1] Name='VA' Range=[-0.1 0.1] NumMFs=5 MF1='u1':'trimf',[-0.1 -0.0998 -0.04] MF2='u3':'trimf',[-0.04 0.04] MF3='u4':'trimf',[0 0.04 0.08] MF4='u2':'trimf',[-0.08 -0.04 0] MF5='u5':'trimf',[0.04 0.0998 0.1] [Rules] 1, (1) 2, (1) 3, (1) 1, (1) 2, (1) 3, (1) 1, (1) 2, (1) 3, (1) : : : : : : : : : 1 1 1 1 68 Cấu trúc toàn hệ thống: Cấu trúc hệ mờ lai Fuzzy - PID ... sống Tổng hợp điều khiển mờ Cấu trúc điều khiển mờ Về nguyên tắc, hệ thống điều khiển mờ khơng có khác so với hệ thống điều khiển tự động thơng thường khác Sự khác biệt điều khiển mờ làm việc có... [22] 3.3.1 Bộ điều khiển tầng cascade PID Hệ thống điều khiển tốc độ động diezel với hai vòng điều khiển (điều khiển tầng cascade): vòng điều khiển bên sử dụng điều khiển van để điều khiển vị trí... xác -Hệ thống điều khiển không xác định tham số mơ hình đối tượng Về ngun lý, hệ thống điều khiển mờ gồm khối chức tương tự hệ điều khiển truyền thống, điểm khác biệt sử dụng điều khiển mờ Các