Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển bướm ga cho động cơ 2ar fe lắp trên dòng xe toyota camry

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BƯỚM GA ĐIỆN TỬ ( ETCS-i) CHO ĐỘNG CƠ 2AR LẮP TRÊN XE TOYOTA CAMRY Sinh viên thực hiện: VÕ VĂN HOAN Đà Nẵng – Năm 2019 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 2AR-FE 1.1 Giới thiệu động 2AR-FE 1.1.1 Các phận 1.1.2 Một số đặc điểm động 2AR-FE 1.2 Vị trí lắp đặt bướm ga động 2AR-FE Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BƯỚM GA TRÊN ĐỘNG CƠ 2AR-FE 2.1 Chức nhiệm phân loại hệ thống bướm ga 2.1.1 Chức nhiệm vụ hệ thống bướm ga 2.1.2 Phân loại hệ thống điều khiển bướm ga 2.2 Hệ thống điều khiển bướm ga khí 2.2.1 Cấu tạo .7 2.2.2 Nguyên lý hoạt động .7 2.3 Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử 2.3.1 Cấu tạo 2.3.2 Nguyên lý hoạt động .9 2.4 Hệ thống điều khiển bướm ga động 2AR-FE .9 2.4.1 Giới thiệu hệ thống ETCS-i 2.4.2 Cấu tạo hoạt động cổ họng gió 11 2.4.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển bướm ga điện tử động 2AR-FE 12 2.4.4 Chức dự phòng (chức an toàn) 14 2.4.5 Mạch điều khiển bướm ga 16 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry 2.5 Kết cấu phận hệ thống bướm ga 19 2.5.1 Cảm biến vị trí bướm ga .19 2.5.2 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 21 2.5.3 Môtơ bướm ga .23 2.5.4 Ly hợp điện từ .25 2.5.6 Cơ cấu an toàn .26 2.5.7 ECU ( Electronic Control Unit) 26 2.5.8 Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC 28 Chương 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BƯỚM GA ĐIỆN TỬ 30 3.1 Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển bướm ga tự động 30 3.2 Giới thiệu phần mền mô matlab/simulink 32 3.2.1 Tổng quan Matlab .32 3.2.2 Môi trường lập trình Matlab .33 3.2.3 Công cụ mô trực quan Simulink .33 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển bướm ga thông minh 36 3.4 Xây dựng mơ hình mơ hệ thống điều khiển bướm ga công cụ Matlab/Simulink 38 3.4.1 Mơ hình hệ thống bướm ga điện tử điều khiển vòng hở 38 3.4.3 Mơ hình hệ thống bướm ga điện tử điều khiển PID 42 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Hình 1 Mặt cắt dọc động 2AR-FE .2 Hình Vị trí số phận động 2AR – FE Hình Vị trí bướm ga động 2AR-FE Hình Bướm ga dẫn động khí Hình 2 Bướm ga điều khiển điện tử .8 Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển bướm ga 10 Hình Cấu tạo cụm cổ họng gió 11 Hình Góc mở bướm ga ứng với chế độ 14 Hình Mối quan hệ phận giữ chức dự phịng 15 Hình 7Hoạt động dự phòng cảm biến APPS bị hỏng .15 Hình Các chế độ dự phịng cảm biến APPS bị hỏng 16 Hình Sơ đồ khối mạch điều khiển bướm ga điện tử 17 Hình 10 Sơ đồ mạch điều khiển bướm ga 18 Hình 11 Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall 19 Hình 12 Đường đặc tuyến cảm biến vị trí bướm ga 21 Hình 13 Cảm biến vị trí bàn đạp ga .21 Hình 14 Sơ đồ tín hiệu điện áp cảm biến vị trí bàn đạp .23 Hình 15 Sơ đồ điện điều khiển môtơ 24 Hình 16 Sơ đồ mạch điện điều khiển chế độ đóng bướm ga 25 Hình 17 Bộ điều chỉnh nhiệt Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng xác định Hình 18 Sơ đồ khối hoạt động ECU 26 Hình 19 Sơ đồ khối hệ thống ECU với vi xử lý 28 Hình 20 Van ISCV loại mô tơ bước Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định Hình Khối thư viện Simulink 34 Hình Cửa sổ mơ hình làm việc simulink 35 Hình 3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bướm ga Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng xác định Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bướm ga 35 Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển với vòng kín hồi tiếp 36 Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển với điều khiển tỉ lệ PID .37 Hình Sơ đồ mơ hệ thống điều khiển vịng hở 38 Hình Các giá trị tiến hành mô Simulink 39 Hình Kết mơ hệ thống với điều khiển vòng hở 40 Hình 10 Sơ đồ mơ hệ thống với điều khiển hồi tiếp 41 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Hình 11 Kết mơ hệ thống với điều khiển hồi tiếp .41 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU TỪ VIẾT TẮT Cụm từ viết tắt Ý nghĩa ETCS-i Hệ Thống điều khiển bướm ga điện tử - thông minh APP TPS IC Cảm biến vị trí bàn đạp ga Cảm biến vị trí bướm ga Mạch tổ hợp VVT-i TRC Hệ thống phâ phối khí tự động - thơng minh Điều khiển lực kéo ABS Hệ thống phanh ABS ECM VTA Vi xử lí Tín hiệu đóng mở bướm ga VPA ISC ISCV Tín hiệu từ bàn đạp ga Hệ thống điều khiển không tải Van điều chỉnh tốc độ không tải Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry MỞ ĐẦU Mục đích ý nghĩa đề tài Mục đích đề tài Khảo sát thiết kế hệ thống điều khiển bướm ga tự động động 2AR-FE dòng xe Toyota camry giúp hiểu rõ hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu điện tử cho động ô tô -Loại bỏ tượng kẹt bó hay xảy với cấu bướm ga điều khiển khí lị xo bướm ga khơng thể hồi về.Điều ngăn cản bướm ga đóng lại( gây hiệu ứng chạy động cơ) -Bướm ga điều khiển điện tử nhằm giảm khí thải cải thiện mức độ tiêu hao nhiên liệu động - Ưu điểm bướm ga điều khiển điện tử cho phép động kết hợp điều khiển moment với điều khiển hành trình chạy xe, điều khiển lực kéo điều khiển ổn định Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài Bướm ga điều khiển điện tử cung cấp số giải pháp tối ưu cho nhà sản xuất xe, hạn chế “việc lái xe sai nguyên tắc” cách tác động vào chân ga người lái Nếu người điều khiển đạp chân vào cân ga xe có bướm ga điều khiển điện cách đột ngột, bánh xe quay chỗ không tạo lực bám cần thiết lốp bị cháy xém ma sát với mặt đường Điều không sảy trừ có cơng tắc hạn chết trượt để khử điều khiển lực kéo Thậm chí sau đó, máy tính điều khiển xe hạn chế momen xoắn động đến mức hợp lí để bảo vệ hộp số hệ thống truyền lực khỏi hư hỏng xảy Thực đề tài dịp để sinh viên nâng cao kỹ nghề nghiệp, khả nghiên cứu độc lập phương pháp giải vấn đề Bản thân sinh viên phải khơng ngừng vận động để giải tình phát sinh, điều lần giúp cho sinh viên nâng cao kỹ kiến thức chuyên ngành Cuối cùng, việc hoàn thành đề tài tốt nghiệp giúp cho sinh viên có thêm tinh thần trách nhiệm, lòng say mê học hỏi, sáng tạo Và đặc biệt quan trọng lòng yêu nghề nghiệp Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry LỜI NÓI ĐẦU Trong giai đoạn ngành ơtơ có vai trị quan trọng kinh tế quốc dân, ôtô sử dụng nhiều ngành kinh tế như: vận tải, xây dựng, du lịch…Cùng với phát triển vượt bậc ngành cơng nghệ ơtơ ngày khẳng định vai trị quan trọng thiếu phát triển quốc gia Nhờ phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật công nghệ, ngành ôtô khơng ngừng tự làm để đáp ứng yêu cầu thiết vấn đề sử dụng Ngành ơtơ có bước tiến vượt bậc thành tựu kỹ thuật như: Điều khiển điện tử kỹ thuật bán dẫn phương pháp tính tốn đại… áp dụng ôtô Khả cải tiến, hoàn thiện nâng cao để đáp ứng mục tiêu chủ yếu tăng suất, vận tốc, tải trọng có ích, tăng tính kinh tế, giảm cường độ cho người lái, tính tiện nghi sử dụng cho khách hàng giảm tối ưu lượng nhiên liệu Qua thời gian học tập nghiên cứu chun ngành “Cơ Khí Giao Thơng ” trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, em khoa tin tưởng giao cho đề tài tốt nghiệp “Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển bướm ga cho động 2AR-FE lắp dòng xe TOYOTA CAMRY” đề tài thiết thực Với cố gắng chúng em hướng dẫn tận tình thầy Phạm Quốc Thái với giúp đỡ thầy Khoa Cơ khí giao thơng, bạn lớp 14C4A em hoàn thành đề tài đáp ứng yêu cầu đưa Song trình làm đồ án tốt nghiệp, với khả kinh nghiệm cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì em mong đóng góp, bảo thầy cô để đề tài em hồn thiện kinh nghiệm nghề nghiệp cho em sau trường Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa, đặc biệt thầy Phạm Quốc Thái tận tình bảo hướng dẫn chúng em để đề tài chúng em hoàn thành Sinh viên thực Võ Văn Hoan Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 2AR-FE 1.1 Giới thiệu động 2AR-FE 1.1.1 Các phận Các xe Toyota camry phiên cải tiến 2017 gồm phiên 2.5Q, 2,5G 2.2E dòng xe làm nên thương hiệu xe ô tô hạng sang Toyota Động trang bị xe Toyota Camry 2.5Q động 2AR-FE Hình 1 cấu tạo động 2AR-FE Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Hình Vị trí số phận động 2AR – FE - Cacste; 2- Hộp trục khuỷu;3- Bánh chủ động; 4- Thanh truyền; 5- Piston 6Áo nước; 7- Vòi phun; 8- Cam nạp; 9- Bô bin đánh lửa; 10- Cam xả; 11- Nắp đậy; 12- Nắp xylanh; 13- Que thăm dầu;14- Thân xylanh; 15- Van nhiệt; 16 - Thân xylanh 1.1.2 Một số đặc điểm động 2AR-FE Trục khuỷu đỡ ổ đỡ thân máy Các bạc ổ đỡ làm bạc hợp kim nhôm Nắp máy làm hợp kim nhôm, có cửa xả, cửa hút bên, buồng cháy hình nệm Thân làm gang Tất có xylanh Chiều dài ống gần gấp đôi chiều dài piston Bên trân xylanh nắp máy, bên trục khuỷu có ổ đỡ Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Bảng 1-1 Thông số động 2AR-FE Tên thông số Đơn vị Giá trị – Kiểu Động 2.4 lít, xilanh thẳng hàng, 16 xúpáp, DOHC, VVT-i Dung tích cơng tác (cc) 2362 Cơng suất tối đa (HP/rpm) 165/6000 Tỷ số nén 9,8 : Đường kính Xylanh (mm) 88.5 Hành trình Piston (mm) 96 Hệ thống phun nhiên liệu EFI Hệ thống đánh lửa DIS Điều khiển cam hút – cam xả VVT-i Ngoài bên thân máy cịn có nước dẫn từ bơm nước lên làm mát xylanh Nến điện bố trí bên phải buồng cháy Các lò xo nấm hút làm thép lị xo có khả chịu tải chế độ vòng quay động Trục cam dẫn động xích Trục cam có ổ đỡ nằm đội xylanh phía đầu xylanh số Việc bơi trơn ổ trục cam thực nhờ có đường dầu từ nắp máy 1.2 Vị trí lắp đặt bướm ga động 2AR-FE Bướm ga nơi mà khơng khí vào động Khi đạp bàn đap ga cánh bướm ga mở, độ mở tùy thuộc vào việc đạp bàn đạp ga cho phép gió vào ống góp hút Trên động 2AR-FE bướm ga đặt đầu vào ống góp hút nối với lọc gió Cảm biến vị trí bướm ga bắt trực tiếp phần cuối trục bướm ga báo cho hộp ECU xác độ mở cánh bướm ga Ngồi thân bướm ga cịn gắn mơ tơ điện để điều khiển việc mở cánh bướm ga Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Xử lý đồ họa: dùng lệnh cao cấp để hiển thị liệu dạng hai chiều, ba chiều, xử lý ảnh Ngồi ra, cịn cho phép người dùng thiết kế giao diện đồ họa (GUI - Graphical User Interface) Thư viện API Matlab: cho phép liên kết Matlab với ngôn ngữ khác C, Fortran, JAVA Các hộp công cụ (Toolbox): tập hợp hàm (khối) viết sẵn để giải vấn đề lien quan đến chuyên ngành kỹ thuật bao gồm: điều khiển tự động, kỹ thuật điện, điện tử viễn thơng, khí, động lực, Cơng cụ mơ trực quan (Simulink): giúp cho tốn phân tích, thiết kế dễ dàng, trực quan sinh động 3.2.2 Mơi trường lập trình Matlab Trong mơi trường Matlab, bên cạnh khả nhập lệnh trực tiếp từ cửa sổ lệnh, ta viết lưu trữ chuỗi lệnh dạng m-file Một dạng đặc biệt m-file hàm (function) MATLAB Khi hàm gọi ta chuyển liệu cho hàm nhận liệu hàm trả Việc soạn thảo chương trình dạng m-file thuận lợi cho việc lưu trữ, soạn thảo sửa lỗi Hàm m-file gọi trực tiếp từ cửa sổ lệnh mở thông qua Menu File/Open 3.2.3 Công cụ mô trực quan Simulink Matlap simulink phần mền đồ họa, định hướng sơ đồ khối dùng để mô hệ động lực Đây sản phẩm nằm bên Matlap sử dụng nhiều hàm matlap trao đổi qua lại với mơi trường Matlap để tăng thêm khả mền dẻo củ Với simulink xây dựng mơ hình mơ hệ thống giống ta vẽ sơ đồ khối Simulink có khối thư viện với nhiều thư mục khác Để xây dựng mơ hình ta khởi động Matlap khởi tạo Simulink thường có nhóm : -Nhóm Continuous Discrete: chứa khối để xử lí tín hiệu liên tục rời rạc -Nhóm Function & Table: chứa khối thực gọi hàm từ Matlap, khối nội suy khối hàm truyền -Nhóm Math: chứa khối thực thi hàm tốn học Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 33 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Hình 3.2 Khối thư viện Simulink -Nhóm Sinks & Systems: chứa khối cơng cụ xử lí tín hiệu -Khối Monlinear: chứa khối phi tuyến -Nhóm Sinks: chứa khối thực chức suất kết -Nhóm Source: chứa khối phát tín hiệu Để coppy khối từ thư viện vào cửa sổ mô hình, chọn khối rê chuột để kéo khối chọn vào cửa sổ mơ hình Trong cửa sổ mơ hình, muốn coppy khối, án phím Ctrl rê chuột qua vị trí đặt coppy, muốn xóa chọn ấn phím delete Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 34 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Hình 3.1 Cửa sổ mơ hình làm việc simulink Để thực q trình mơ ta tiến hành bước: xây dựng mơ hình mơ ; xác lập giá trị thông số mô hinh ; xác lập điều kiện đầu ; lựa chọn cách thức xuất kết quả; điều khiển việc thực thi q trình mơ Từ hệ phương trình 3.13và ứng dụng phần mềm Matlab/Simulink ta xây dựng sơ đồ khối mơ hình tốn học hệ thống điều khiển bướm ga điện tử động hình vẽ Hình 3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bướm ga Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 35 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển bướm ga thông minh Để đảm bảo hệ thống phanh làm việc hiệu (θ =θ0) phải sử dụng điều khiển với thuật tốn điều khiển thích hợp Để tìm điều khiển tối ưu cho hệ thống, ta nghiên cứu điều khiển sau 3.3.1 Điều khiển vòng hở Điều kiển vòng hở gọi điều khiển không phản hồi dạng điều khiển dùng để tính tốn đầu vào hệ thống sử dụng dịng trạng thái mơ hình cho hệ thống Một đặc tính điều khiển vịng hở khơng sử dụng hồi tiếp để xác định đầu có mục đích mong muốn hay khơng y u Hệ thống Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vịng kín hồi tiếp Trong u : Tín hiệu đầu vào y : Tín hiệu đầu 3.3.2 Điều khiển vịng kín hồi tiếp θ0 e y + Hệ thống - θ Cảm biến Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển với vịng kín hồi tiếp Hệ thống điều khiển có hồi tiếp hệ thống điều khiển mà đáp ứng đầu (θ) đưa so sánh với tín hiệu đầu vào (θ0) để hiệu chỉnh sai lệch Sai lệch tín hiệu đầu hệ thống e = 𝜃 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan -𝜃 Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 36 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry 𝜃 : Đáp ứng đầu (góc mở thực tế bướm ga) 𝜃0 :Tín hiệu đầu vào (góc đặt mong muốn) u: Tín hiệu điều khiển hệ thống 3.3.3 Điều khiển vi tích phân tỉ lệ PID Một điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID- Proportional Integral Derivative) chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển công nghiệp – điều khiển PID điều khiển sử dụng nhiều điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID tính toán giá trị "sai số" hiệu số giá trị đo thông số biến đổi giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển thực giảm tối đa sai số cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Trong trường hợp khơng có kiến thức (mơ hình tốn học) hệ thống điều khiển điều khiển PID điều khiển tốt Tuy nhiên, để đạt kết tốt nhất, thơng số PID sử dụng tính tốn phải điều chỉnh theo tính chất hệ thống-trong kiểu điều khiển giống nhau, thông số phải phụ thuộc vào đặc thù hệ thống Hàm truyền điều khiển PID có dạng sau: u = 𝐾𝑃 𝑒 + 𝐾𝐼 ∫ 𝑒𝑑𝑡 + 𝐾𝐷 𝑑𝑒 𝑑𝑡 Trong đó: K P : Hệ số khuếch đại điều khiển K I : Hệ số tích phân điều khiển K D : Hệ số vi phân điều khiển 𝜃0 + e - Bộ điều khiển PID u y Hệ thống 𝜃 Cảm biến Hình 3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển với điều khiển tỉ lệ PID Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 37 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry 3.4 Xây dựng mơ hình mơ hệ thống điều khiển bướm ga công cụ Matlab/Simulink Từ sơ đồ khối mơ hình tốn học, sơ đồ hệ thống điều khiển (hình 3.3 3.8), mơ hình cấu hệ thống điều khiển bướm ga ta xây dựng mơ hình hệ thống mơi trường Matlab/simulink sau 3.4.1 Mơ hình hệ thống bướm ga điện tử điều khiển vịng hở Từ phương trình tốn học (3.13) hệ thống bướm ga điện tử sơ đồ khối điều khiển vòng hở ta đưa vào phần mềm Matlab/Simulink ta sơ đồ mơ hình Hình 3.4 Sơ đồ mơ hệ thống điều khiển vịng hở Tiến hành mơ với thơng số hệ thống điều khiển bướm ga lấy từ tài liệu số [5] thông số động 2AR-FE Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 38 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Hình 3.5 Các giá trị tiến hành mơ Simulink Kết mơ với góc đặt 300,450 600 a) Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan b) Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 39 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry , c) Hình 3.6 Kết mơ hệ thống với điều khiển vịng hở a- Góc đặt 300 , b- Góc đặt 450 , c- Góc đặt 600 Nhận xét: Góc đặt 300: Thời gian bám trượt 20s Góc mở tiệm cận bướm ga 290 Không xảy tượng vọt lố Góc đặt 450: Thời gian bám trượt 20s Góc mở tiệm cận bướm ga 440 Khơng xảy tượng vọt lố Góc đặt 600: Thời gian bám trượt 20s Góc mở tiệm cận bướm ga 590 Không xảy tượng vọt lố Kết mô cho thấy với điều khiển vong hở khơng xảy tượng vọt lố thời gian bám trượt lâu 20s 3.4.2 Mơ hình hệ thống bướm ga điện tử điều khiển hồi tiếp Từ phương trình tốn học (3.13) hệ thống bướm ga điện tử sơ đồ khối điều khiển vòng hở ta đưa vào phần mềm Matlab/Simulink ta sơ đồ mơ hình Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 40 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Hình 3.7 Sơ đồ mô hệ thống với điều khiển hồi tiếp Tiến hành mô với thông số bảng (3.8) ta kết mô bướm ga hình vẽ Kết mơ với góc đặt 300,450 600 a) b) c) Hình 3.8 Kết mơ hệ thống với điều khiển hồi tiếp a- Góc đặt 300 , b- Góc đặt 450 , c- Góc đặt 600 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 41 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Nhận xét kết mô hệ thống với điều khiển hồi tiếp Góc đặt 300 : Thời gian độ tối đa 0.23s Góc mở tiệm cận bướm ga Có xảy tượng vọt lố Góc vọt lố tối đa 340 Góc đặt 450 : Thời gian độ tối đa 0.23s Góc mở tiệm cận bướm ga Có xảy tượng vọt lố Góc vọt lố tối đa 500 Góc đặt 600 : Thời gian độ tối đa 0.23s Góc mở tiệm cận bướm ga Có xảy tượng vọt lố Góc vọt lố tối đa 670 Kết mô hệ thống điều khiển bướm ga với hồi tiếp xảy tượng vọt lố với học vọt lố tối đa khoảng 10% thời gian q độ tối đa 0.23s 3.4.3 Mơ hình hệ thống bướm ga điện tử điều khiển PID Dựa vào công thức hàm truyền diều khiển PID ta xây dựng sơ đồ mô hệ thống PID sau Hình 3.9 Mơ điều khiển PID simulink Từ sơ đồ khối hệ thống điều khiển PID kết hợp sơ đồ mô hệ thống PID hệ thống điều khiển bướm ga ta có sơ đồ mô hệ thống điều khiển bướm ga điều khiển PID sau Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 42 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Hình 3.10 Mơ hình hệ thống điều khiển bướm ga điện tử với điều khiển PID Kết mô với góc đặt 300,450 600 b) a) c) Hình 3.11 kết mô hệ thống điều khiển PID a- Góc đặt 300 , b- Góc đặt 450 , c- Góc đặt 600 Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 43 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Nhận xét kết mơ hệ thống với điều khiển PID Góc đặt 300 : Thời gian bám trượt 0.2s Góc mở tiệm cận bướm ga 290 Không xảy tượng vọt lố Góc đặt 600: : Thời gian bám trượt 0.2s Góc mở tiệm cận bướm ga 440 Khơng xảy tượng vọt lố Góc đặt 900: Thời gian bám trượt 0.2s Góc mở tiệm cận bướm ga 590 Không xảy tượng vọt lố Dựa vào kết mô hệ thống điều khiển bướm ga điều khiển PID ta thấy điều khiển PID hiệu xác điều khiển lại với thời gian bám trượt 0.2s 3.4.5 Kết bàn luận Sau tiến hành mơ mơ hình hệ thống điều khiển bướm ga điện tử với vòng điểu khiển hở, hồi tiếp PID góc đặt 300,450,600 Kết mô thể bảng sau Bảng 3.1 Kết so sánh mô STT Điều khiển Thời gian bám trượt Khi có điều khiển PID 0.2s Khi điều khiển vòng hở 20s Khi điều khiển có vịng hồi 0.23s Dựa vào bảng kết mơ bảng so sánh ta thấy tín hiệu đáp ứng điều khiển PID bám tốt tín hiệu đặt phương pháp khác.Khơng xảy tượng vọt lố,thời gian bám trượt nhiều góc đặt gần Kết mơ có sai lệch Điều xảy chưa hiểu rõ chức khối mơ chứng minh cơng thức tốn học Vì vậy, để có kết mong muốn cần nắm rõ chất phần liên quan cách logic Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 44 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry Bộ điều khiển PID điều khiển sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Và đưa mơ thực tế phải trang bị thêm mơ hình bướm ga thực tế, dụng cụ, thiết bị để xác định thời gian, tốc độ, tốc độ cánh bướm ga Và đặc biệt nữa, phải tìm hiểu thêm lập trình Ardiuno điều khiển PID Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 45 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN I KẾT LUẬN Đề tài ứng dụng thành công phần mền mô Matlab/Simulink, đưa sơ đồ khối mơ mơ hình điều khiển bướm ga, đạt mục tiêu đề ra: tốc độ bám trượt nhanh mơ hình bướm ga khí thơng thường Về lý thuyết: Tiến hành khảo sát, tìm hiều ngun lí hoạt động cảm biến bàn đạp ga, cảm biến vị trí bướm ga, ECU động cơ, nguyên lí hoạt động hệ thống điều khiển bướm ga điện tử Tuy nhiên thời gian thực đề tài ngắn nên khảo sát mô hệ thông với công cụ Simulink II Hướng phát triển Tiếp tục nghiên cứu hồn thiện mơ hình thực tế, hướng với kết hợp doanh nghiệp thiết kế, sản xuất Nghiên cứu thuật tốn thơng minh (điều khiển mờ, điều khiển neuron) đê tối ưu trình điều khiển Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 46 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR-FE xe Toyota Camry TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Phạm Quốc Thái, Trang bị điện điện tử ô tô, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Năm 2008 [2] TS Trần Thanh Hải Tùng, Bài giảng môn học chuyên đề động phun xăng, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, Năm 2006 [3] Phan Thanh Tao, Giáo trình Matlab, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, Năm 2004 [4] TS Trần Thanh Hải Tùng, Bài giảng kết cấu tính tốn động đốt trong, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, Năm 2007 [5] Rui Bai and Shaocheng Tong Adaptive Backstepping Sliding – Mode Control of the Electronic Throttle System in Moder Automobiles Hindawi Publingshing Corporation, Volume 2014, Article ID 383064, pages [6] Bode H., (1998), Modern control systems analysis and design using Matlab/Simulink, Addison Wesley, Boston, United State [7] www.oto.edu.vn Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử (etcs-i) Sinh viên thực hiện: Võ Văn Hoan Hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái 47 ... 29 Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR- FE xe Toyota Camry Chương 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BƯỚM GA ĐIỆN TỬ 3.1 Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển bướm. .. Xây dựng mô hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR- FE xe Toyota Camry Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BƯỚM GA TRÊN ĐỘNG CƠ 2AR- FE 2.1 Chức nhiệm phân loại hệ thống bướm. .. Phạm Quốc Thái Xây dựng mơ hình điều khiển bướm ga điện tử (ETCS-i) cho động 2AR- FE xe Toyota Camry 2.1.2 Phân loại hệ thống điều khiển bướm ga Để phân loại hệ thống điều khiển bướm ga người ta