Xây dựng mô hình điều khiển hệ thống treo bán chủ động

Xây dựng mô hình điều khiển hệ thống treo bán chủ động Xây dựng mô hình điều khiển hệ thống treo bán chủ động Xây dựng mô hình điều khiển hệ thống treo bán chủ động luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

NGUYễN ANH MƯờI giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : CƠ KHí ĐộNG LựC CƠ KHí ĐộNG LựC XÂY DựNG MÔ HìNH điều khiển Hệ THốNG TREO BáN CHủ ĐộNG NGUYễN ANH MƯờI 2007 - 2009 Hà Nội 2009 Hà Nội 2009 NGUYễN ANH MƯờI giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hµ néi - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : CƠ KHí ĐộNG LựC CƠ KHí Đ ộNG LựC XÂY DựNG MÔ HìNH điều khiển Hệ THốNG TREO BáN CHủ ĐộNG NGUYễN ANH MƯờI 2007 - 2009 Hà Nội 2009 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM HỮU NAM Hµ Nội 2009 LI NểI U Ô tô phương tiện vận tải có vai trò quan trọng kinh tế quốc dân, có ưu điểm hẳn loại phương tiện vận tải khác: thông dụng, đơn giản, dễ sử dụng có tính động cao sử dụng rộng rÃi tất lĩnh vực dân quốc phòng Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, công nghiệp ô tô giới phát triển ngày cao, đà cho đời nhiều loại ô tô đại phục vụ cho nhu cầu lại vận chuyển người Việc thiết kế hệ thống, cụm chi tiết ô tô, đánh giá chất lượng làm việc chúng ngày quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng ô tô Hệ thống treo ô tô có vai trò quan trọng, góp phần nâng cao độ êm dịu chuyển động cđa « t« Khi di chuyển đường, người ngồi xe ô tô, vật dụng chun chở ln ln bị kích động mặt đường không phẳng tác dụng làm cho rung dao động không ngừng Người ta nghĩ nhiều cách để hạn chế, khắc phục dao động nhằm mục đích êm dịu chuyển động không gây mệt mỏi cho người ngồi xe Từ việc sử dụng lốp mềm thay lốp cứng, từ việc sử dụng nhíp, lị xo kết hợp với giảm chấn nói nên việc đảm bảo cho độ êm dịu chuyển động cần thiết Hệ thống treo truyền thống cho xe có thành phần phận đàn hồi lị xo, nhíp phận giảm chấn Ban đầu phận phần tử khí đơn thuần, đến phận áp dụng thành tựu ngành điện tử điều khiển tự động nên tạo nhiều hệ thống treo đại có điều khiển ngày nay: hệ thống treo chủ động, hệ thống treo bán chủ động Những hệ thống treo có điều khiển đáp ứng tốt tiêu độ êm dịu chuyển động, không gian làm việc hệ thống, độ bám đường, ổn định xe di chuyển Hiện phương pháp mô loại phần mềm ưu việt sử dụng rộng rÃi để nghiên cứu hệ đặc biệt hệ dao động ô tô Cùng với phát triển máy tính, trình mô đà thể tính hiệu nó, đặc biệt hệ phi tuyến trình vật lý phức tạp Trên giới nói chung hay Việt Nam nói riêng đà có nhiều phần mềm tính toán với khả ứng dụng cao Thực tế đà cho thấy phần mềm Matlab công cụ phần mềm có khả ứng dụng cao việc giải toán kỹ thuật với c¸c th­ viƯn Simulink cđa nã Trong thêi gian qua có nhiều công trình khoa học sử dụng công cụ phần mềm Matlab - Simulink dùng để nghiên cứu dao động ô tô Đà có tác giả nghiên cứu ảnh hưởng dao động lên khung xương ô tô chuyển động đường; Có tác giả khác nghiên cứu việc thiết lập mô hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu; Có tác giả đà khảo sát dao động xe tải hai cầu tác động ngẫu nhiên mặt đường; Có tác giả đà sử dụng thuật toán LQR để tối ưu hóa th«ng sè thiÕt kÕ hƯ thèng treo « t« Trong luận văn sâu nghiên cứu hệ thống treo có điều khiển cụ thể hệ thống treo bán chủ động, xây dựng mô hình điều khiển hệ treo bán chủ động, mô phần mềm Matlab - Simulink, đánh giá so sánh với hệ treo bị động, xây dựng điều khiển hệ treo bán chủ động Luận văn thực môn ô tô - Trường Đại Học Bách Khoa Hµ Néi, d­íi sù h­íng dÉn khoa häc cđa PGS.TS Phạm Hữu Nam Tôi xin chân thành cám ơn hướng dẫn tận tình thầy thầy giáo môn ô tô Mặc dù đà có nhiều lỗ lực, trình độ, thời gian nghiên cứu hạn chế nên vấn đề trình bày luận văn chưa đáp ứng tất yêu cầu đề Tôi cảm ơn đóng góp, bổ sung để hoàn thiện nghiên cứu Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2009 Tác giả MC LC Trang MC LC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nhiệm vụ hệ thống treo ô tô 1.2 Các tiêu đánh giá dao động ô tô 10 1.2.1 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động 10 1.2.2 Chỉ tiêu hành trình làm việc hệ thống treo 12 1.2.3 Chỉ tiêu đánh giá khả bám đường 12 1.2.4 Chỉ tiêu tải trọng động 13 1.3 Phân loại hệ thống treo theo tính điều khiển 14 1.3.1 Hệ thống treo không điều khiển 14 1.3.2 Hệ thống treo có điều khiển 15 1.4 Các nghiên cứu dao động nước 17 1.4.1 Các nghiên cứu dao động ô tô nước 17 1.4.2 Các nghiên cứu dao động tơ ngồi nước 18 1.5 Nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu đề tài 19 CHƯƠNG 20 XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG 20 2.1 Mơ hình hệ thống treo không điều khiển 20 2.1.1 Mơ hình 1/4 21 2.1.2 Mô hình 1/2 23 2.1.3 Mơ hình khơng gian 27 2.2 Mơ hình dao động hệ thống treo bán chủ động 34 2.2.1 Mơ hình 1/4 hệ thống treo bán chủ động 35 2.2.2 Mơ hình 1/2 hệ thống treo bán chủ động 37 2.2.3 Mơ hình hệ thống treo bán chủ động tồn xe 41 2.3 Bộ điều khiển tối ưu hệ thống treo bán chủ động 46 2.3.1 Xây dựng hàm điều khiển cho mơ hình 1/4 47 2.3.2 Xây dựng hàm điều khiển cho mơ hình 1/2 51 CHƯƠNG 55 MÔ PHỎNG SỐ 55 3.1 Xây dựng chương trình mô công cụ Simulink 55 3.1.1 Xây dựng khối mô mặt đường 55 3.1.2 Mô hệ treo không điều khiển 57 3.1.3 Mơ mơ hình 1/2 hệ thống treo bán chủ động 57 3.2 Phân tích kết 63 3.2.1 Bộ thông số mô cho xe du lịch cỡ nhỏ 63 3.2.2 Kết mô 63 CHƯƠNG 80 TỔ HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG 80 4.1 Yêu cầu điều khiển 80 4.2 Chọn phương án điều khiển 82 4.3 Các chế độ điều khiển 87 4.4 Thiết kế điều khiển 89 KẾT LUẬN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC 99 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị ms Khối lượng phần treo Kg mu Khối lượng phần không treo Kg l s , lt Toạ độ trọng tâm xe m Jx Mơ mên qn tính trục x Kg.m2 Jy Mơ men qn tính trục y Kg.m2 ϕx Góc nghiêng xe theo phương x rad ϕy Góc nghiêng xe theo phương y rad kij bs ktj bt zs zu Độ cứng phần tử đàn hồi i: trước - sau, j = trái - phải Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo N/m N.s/m Độ cứng lốp j = trước - sau Hệ số cản giảm chấn lốp Chuyển vị theo phương thẳng đứng khối lượng treo Chuyển vị theo phương thẳng đứng khối lượng không treo N/m N.s/m m m zr J ρi Chiều cao nhấp nhô mặt đường theo phương thẳng đứng Hàm mục tiêu Bộ trọng số hàm mục tiêu i = 1-4 m DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1-1: Giới hạn biên độ dao động 11 Hình 1-2: Sơ đồ hệ thống treo không điều khiển 14 Hình 1-3: Sơ đồ hệ thống treo chủ động 15 Hình 1-4: Mơ hình dao động hệ thống treo bán chủ động 16 Hình 2-1: Mơ hình hệ thống treo 1/4 không điều khiển 21 Hình 2-2: Mơ hình “½ xe” bị động 23 Hình 2-3: Mơ hình hệ thống treo bị động dạng tồn xe 28 Hình 2-4: Mơ hình hệ thống treo “1/4 xe” bán chủ động 35 Hình 2-5: Mơ hình hệ thống treo “1/2 xe” bán chủ động 37 Hình 2-6: Mơ hình hệ bán chủ động dạng tồn xe 41 Hình 3-1: Biên dạng mặt đường mơ dạng hình Sin 55 Hình 3-2: Khối mơ mặt đường dạng hình Sin 55 Hình 3-3: Biên dạng mặt đường dạng bước nhảy 56 Hình 3-4: Khối mơ mặt đường dạng bước nhảy (Step) 56 Hình 3-5: Khối Road Subsystem 56 Hình 3-6: Khối kích động ngẫu nhiên mặt đường 57 Hình 3-7: Khối “hệ thống treo 1/2 xe bị động” 57 Hình 3-8: Khối “ Hệ treo ½ xe bán chủ động” 57 Hình 3-9: Khối tính hệ số giảm chấn tối ưu hoá 58 Hình 3-10: Khối tính hàm điều khiển U 58 Hình 3-11: Khối lấy liệu kết mô cho hệ treo bị động 59 Hình 3-12: Khối lấy liệu kết cho hệ treo bán chủ động 60 Hình 3-13: Khối mơ hệ thống treo bị động 61 Hình 3-14: Khối mơ hệ thống treo bán chủ động 61 Hình 3-15: Khối mơ hệ treo bị động kích động ngẫu nhiên 62 Hình 3-16: Khối mơ hệ treo bán chủ động với kích động ngẫu nhiên 62 Hình 3-17: So sánh gia tốc khối lượng treo cầu trước 63 Hình 3-18: So sánh gia tốc khối lượng treo cầu sau 64 Hình 3-19: So sánh khơng gian làm việc cầu trước 65 Hình 3-20: So sánh không gian làm việc cầu sau 65 Hình 3-21: So sánh biến dạng động lốp trước 66 Hình 3-22: So sánh biến dạng động lốp sau 66 Hinh 3-23: So sánh gia tốc góc lệch 67 Hình 3-24: So sánh gia tốc khối lượng treo trước với kích động Sin 68 Hình 3-25: So sánh gia tốc khối lượng treo sau với kích động Sin 69 Hình 3-26: So sánh góc lệch với kích động Sin 69 Hình 3-27: So sánh gia tốc góc lệch với kích động Sin 70 Hình 3-28: So sánh khơng gian làm việc cầu trước với kích động Sin 70 Hình 3-29: So sánh khơng gian làm việc cầu sau với kích động Sin 71 Hình 3-30: So sánh biến dạng động lốp trước với kích động Sin 71 Hình 3-31: So sánh biến dạng động lốp sau với kích động Sin 72 Hình 3-32: So sánh gia tốc khối lượng treo trước với kích động Step 73 Hình 3-33: So sánh gia tốc khối lượng treo sau với kích động Step 73 Hình 3-34: So sánh góc lệch với kích động Step 74 Hình 3-35: So sánh gia tốc góc lệch với kích động Step 74 Hình 3-36: So sánh khơng gian làm việc cầu trước với kích động Step 75 Hình 3-37: So sánh khơng gian làm việc cầu sau với kích động Step 75 Hình 3-38: So sánh biến dạng động lốp trước với kích động Step 76 Hình 3-39: So sánh biến dạng động lốp sau với kích động Step 76 Hình 3-40: So gia tốc khối lượng treo trước với kích động ngẫu nhiên 77 Hình 3-41: So sánh gia tốc khối lượng treo sau với kích động ngẫu nhiên 78 Hình 3-42: So sánh khơng gian làm việc trước với kích động ngẫu nhiên 78 Hình 3-42: So sánh khơng gian làm việc sau với kích động ngẫu nhiên 79 Hình 4-0: Gia tốc thân xe hàm điều khiển 81 Hình 4-1: Sơ đồ tổng thể điều khiển hệ số cản giảm chấn 82 Hình 4-3: Giảm chấn điện tử đường đặc tính lực giảm chấn 84 Hình 4-4: Trạng thái van chế độ lực giảm chấn 85 Hình 4-5: Giảm chấn điện tử chế độ mềm 86 Hình 4-6: Giảm chấn điện tử chế độ trung bình 86 Hình 4-7: Giảm chấn điện tử chế độ cứng 87 Hình 4-8: Sơ đồ mạch điều khiển ECU hệ thống treo bán chủ động 87 Hình 4-9: Mối quan hệ góc lái vận tốc điều khiển chống nghiêng 88 Hình 4-10: Sơ đồ cáp ISP sử dụng đệm ba trạng thái 74LS245 91 Hình 4-11: Mạch kết nối với cáp nạp ISP 92 Hình 4-12: Sơ đồ mạch truyền nhận 92 Hình 4-13: Mạch tạo dao động sử dụng thach anh MHz 93 Hình 4-14: Mạch khởi động lại (mạch Reset) 94 Hình 4-15: Mạch biến đổi tín hiệu cảm biến 94 Hình 4-16: Sơ đồ mạch ổn áp 95 Hình 4-17: Sơ đồ mạch tổng hợp 95 Hình 4-18: Mạch điều khiển cấu chấp hành 96 89 hoạt động (thơng qua tín hiệu từ cơng tác đèn phanh) ECU đặt hệ thống treo sang chế độ cứng để hạn chế chúi đầu xe Hệ thống treo trở trạng thái ban đầu sau giây công tác đèn phanh tắt - Điều khiển tốc độ cao: Khi ECU nhận thấy vận tốc xe vượt qua 120 km/h, truyền tín hiệu cho phận chấp hành chuyển hệ thống treo sang chế độ mềm, làm tăng khả lái ổn định 4.4 Thiết kế điều khiển Phần mạch điều khiển bao gồm phận là: – Bộ vi xử lý trung tâm – Mạch tạo nguồn – Bộ phận nhận xử lý tín hiệu từ cảm biến – Mạch truyền nhận kết nối với máy tinh Bộ vi xử lý trung tâm Bộ vi xử lý trung tâm sử dụng đồ án vi xử lý ATMega16 làm nhiệm vụ điều khiển hoạt động giảm chấn mơ hình hiển thị hoạt động phận mạch điều khiển Để vi xử lý hoạt động, kết nối với thiết bị bên ngồi ta cần phải lắp thêm vào vi xử lý phận ngoại vi làm nhiệm vụ tạo xung, reset số chức khác giới thiệu sau đây: Chọn vi điều khiển sử dụng cho mạch Khi xem xét đến nhu cầu để thiết kế thiết bị điện tử ta phải cân nhắc xem liệu giải pháp đề xuất dễ dàng thực hay không Những tiêu phải lưu tâm đến là: - Chi phí thấp muốn nâng cấp hệ thống, phương án tốt áp dụng nâng cấp phần mềm chương trình nạp ECU 90 - Trong giai đoạn thử nghiệm hiệu chỉnh nên thiết kế hệ thống với phần tử ngoại vi đơn giản dễ thay thế, tìm kiếm để đạt hiệu làm việc cao Tiêu chí thiết kế ban đầu lựa chọn linh kiện thông dụng thị trường, giá thành hợp lý tạo điều kiện dễ bảo hành sửa chữa, thay Tiêu chí lựa chọn vi xử lý cần phải đạt được: - Tốc độ tính tốn cao với đảm bảo tính thời gian thực hệ thống - Khả tích hợp lớn chức nhằm giảm thiểu linh kiện phân lập tăng tuổi thọ cho thiết bị - Lập trình thuận tiện ngơn ngữ bậc cao C, Pascal - Dễ dàng thuận tiện cho việc ghép nối nạp liệu từ máy tính - Kết nối với linh kiện thiết bị ngoại vi thuận tiện việc quan sát kết mô Hiện thị trường Việt Nam thịnh hành số dòng vi xử lý họ 8051, họ 89x, AVR, PIC, thời gian trước họ 8051 sử dụng rộng rãi, nhiên họ AVR hay PIC sau thể ưu nhờ tích hợp phần cứng mạnh hơn, đồng thời khả chống nhiễu tốt Do đồ án chọn sử dụng Vi điều khiển AVR nhờ tính mạnh việc ứng dụng chúng đễ dàng lập trình điều khiển Với tiêu chí tơi nhận thấy chọn vi xử lý ATMega16 hoàn toàn hợp lý thời điểm tại, đồng thời với giá phải chăng, tính ứng dụng rộng dãi, dễ tìm mua tìm tài liệu tra cứu, phù hợp cho ứng dụng điều khiển điện tử ô tô Mạch nạp (cáp ISP): Sơ đồ nguyên lý: Mạch nạp có chức tạo giao tiếp máy tính mạch đích, mạch tổng hợp điều khiển hộp số, cho phép ta nạp trực tiếp chương 91 trình viết máy tính cho vi điều khiển Trong sơ đồ loại mạch nạp qua cổng máy in tương thích với chuẩn STK200/300, loại mạch nạp đơn giản sử dụng để nạp cho vi điều khiển AVR Sơ đồ mạch sau: Hình 4-10: Sơ đồ cáp ISP sử dụng đệm ba trạng thái 74LS245 Nguyên lý hoạt động: Trên hình 4-10 sơ đồ mạch điện cáp ISP Vi mạch 74LS245 chứa đệm ba trạng thái cho phép tạo trạng thái thả sau mã HEX ghi vào chip Một LED nhỏ phụ thêm để thông báo hoạt động cáp Điện trở 10k kéo chân 19 lên nguồn +5V cấm tất lối sang trạng thái thả rút cáp ISP khỏi ổ cắm LPT1 Mạch kết nối với cáp nạp ISP Bằng việc sử dụng trình dịch CodeVision AVR, file Intel-HEX file ATMEL-ROM nạp thẳng vào chíp cắm cáp nạp ISP vào CON10 (conecter) hình 4-11 Cụ thể sử dụng bốn đường tín hiệu MOSI, MISO, SCK RESET để truyền file dịch từ máy tính PC sang vi điều khiển 92 Hình 4-11: Mạch kết nối với cáp nạp ISP Mạch truyền nhận Hình 4-12: Sơ đồ mạch truyền nhận Sử dụng mạch chuyền nhận cổng COM cáp chuyển đổi RS232-USB Chân TXD (chân 15) chân RXD (chân 14) vi điều khiển Mega16 nối với chân vi mạch chuyển đổi Max232, vi mạch cho phép chuyển đổi mức logic 0-5V vi điều khiển thành mức logic -12V-+12V cổng COM máy tính Để thuận tiện cho kết nối với máy tính laptop thường khơng có cổng COM vật lý, ta sử dụng cáp chuyển đổi RS232-USB để kết nối mạch tổng hợp điều khiển với máy tính thơng qua 93 cổng USB Máy tính lúc đóng vai trị nhận hiển thị thông báo mà ta gửi từ vi điều khiển Mạch tạo dao động Mạch tạo dao động có tác dụng tạo xung nhịp dao động cho vi xử lý ATMega16, định vi điều khiển hoạt động tốc độ định Mạch tạo dao động tạo cách đấu vào hai chân XTLA(chân 12, chân 13) vi xử lý thạch anh với tần số 4MHz hai tụ 33pF hình 4-13 Khi xung nhịp vi xử lí tần số dao động thạch anh Hình 4-13: Mạch tạo dao động sử dụng thach anh MHz Mạch khởi động lại: Mạch Reset đấu vào chân Reset vi điều khiển Mega16 Sau bật điện vào nguồn nuôi, vi điều khiển đặt vào trạng thái ban đầu xác định (khởi động lại) Nhiệm vụ phần mạch khởi động lại bên vi điều khiển đảm nhận Bằng tín hiệu đặt lại, ghi khác bên trong, định thời cổng khởi tạo lại trạng thái ban đầu Sau mạch Reset chuyển sang trạng thái khơng hoạt động chương trình bắt đầu chạy để xử lý lệnh đầu tiên, chờ đợi kể từ địa nhớ chương trình vi điều khiển 94 Hình 4-14: Mạch khởi động lại (mạch Reset) Mạch biến đổi tín hiệu: Các xung từ cảm biến gửi đến dạng tín hiệu Analog (cảm biến tốc độ bánh xe) xung số biên độ nhỏ (cảm biến vành tay lái), ta cần phải chỉnh sửa khuếch đại tín hiệu lên đủ lớn đưa vào vi điều khiển xử lý Ở ta sử dụng vi mạch LM324 để khuếch đại chuẩn tín hiệu gửi đến từ cảm biến, sau gửi tín hiệu đến chân ngắt ngồi INT0 INT1 vi điều khiển, hình 4-15 Hình 4-15: Mạch biến đổi tín hiệu cảm biến Mạch ổn áp Như ta biết nguồn điện ắc quy sử dụng ô tô thường 12V 24V, linh kiện mạch kể đa số sử dụng nguồn 5V 95 Vì ta phải xây dựng mạch ổn áp để lúc điện áp cấp cho mạch ổn định mức 5V Sơ đồ mạch ổn áp trình bày hình, sơ đồ sử dụng vi mạch IC LM 7805 với chức ổn định điện áp Hình 4-16: Sơ đồ mạch ổn áp Từ việc thiết kế mạch điều khiển thành phần ta có sơ đồ mạch điều khiển hoàn thiện để điều khiển hộp số kết nối với máy tính: Hình 4-17: Sơ đồ mạch tổng hợp 96 Phần mạch điều khiển cấu chấp hành: Cơ cấu chấp hành hệ thống treo bán chủ động giảm chấn điều khiển Các lõi giảm chấn điều khiển nhờ động bước Động bước gồm cuộn dây mắc dạng tam giác Do để điều khiển động dạng này, ta phải tiến hành xây dựng mạch điều khiển động dạng mạch cầu pha có khả đảo chiều Trong q trình sử dụng, có thay đổi tải liên tục, mạch điều khiển cấu chấp hành u cầu phải có cơng suất lớn, mạch điều khiển sử dụng điện áp 12V, mạch vi xử lý sử dụng điện áp 5V, ta sử dụng cách ly quang PC817 để cách lý nguồn tránh nhiễu Phần công suất sử dụng transistor TIP41C TIP42C cho phép hoạt động điện áp định mức 100V cao mức 12V dòng điện cho phép qua 6A đảm bảo hoạt động cách ổn định điều kiện có tải lớn Sơ đồ mạch điều khiển cấu chấp hành: Hình 4-18: Mạch điều khiển cấu chấp hành 97 KẾT LUẬN Những kết đạt luận văn: - Đã nêu lên khái niệm, nhiệm vụ tiêu làm việc hệ thống treo - Xây dựng mơ hình học từ tính tốn, xây dựng phương trình vi phân chuyển động phng trỡnh trng thỏi cho ẳ xe, ẵ xe v toàn xe bị động bán chủ động - Xây dựng chương trình mơ phỏng, khảo sát ảnh hưởng thông số thiết kế tới tiêu, chất lượng hệ thống treo - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn tối ưu, phản hồi trạng thái tìm luật điều khiển cho mơ hình hệ thng treo bỏn ch ng ẳ v ẵ xe T xây dựng chương trình mơ Matlab & Simulink để thấy ưu điểm hệ thống treo bán chủ động so với hệ thống treo bị động tiêu làm việc - Tổ hợp điều khiển hệ thống treo bán chủ động Những hạn chế hướng phát triển đề tài: Luận văn số vấn đề chưa giải sau: - Luận văn dừng tính tốn, tìm luật điều khiển tối ưu cho mơ hình phẳng ½ xe Chưa tính cho mơ hình khơng gian toàn xe nên chưa khảo sát ảnh hưởng thông số hệ thống treo tới yêu tố lắc dọc thân xe - Trong mô phỏng, mặt đường lý tưởng hoá dạng đặc biệt (hình Sin, bước nhảy) để kiểm chứng mơ hình Kết mơ kích động ngẫu nhiên bước đầu cho điều khiển tối ưu Để hoàn thiện nữa, đề tài phát triển theo hướng sau: - Tính tốn tối ưu cho mơ hình tồn xe - Đi sâu vào nghiên cứu kích động ngẫu nhiên cho mơ hình 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Khang: Dao động kỹ thuật NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội 2004 [2] Nguyễn Văn Khang: Động lực học hệ nhiều vật NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội 2007 [3] Nguyễn Doãn Phước: Lý thuyết điều khiển tuyến tính NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội 2005 [4] Nguyễn Hữu Cẩn : Lý thuyết ô tô máy kéo NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội 2003 [5] Nguyễn Phùng Quang: Matlab Simulink NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội 2005 [6] Nguyễn Trọng Du: Nghiên cứu dao động hệ treo tơ có điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học, ĐHBK Hà nội 2008 [7] Phạm Đức Toàn: Tính tốn tối ưu thơng số thiết kế hệ thống treo bán chủ động ô tô Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, ĐHBK Hà nội 2007 [8] Trần Văn Nghĩa: Tin học ứng dụng thiết kế khí NXB giáo dục 2004 [9] TEMS Hệ thống treo khí Toytota service training, 1998 [10] Trịnh Minh Hồng: Khảo sát dao động xe tải hai cầu kích động ngẫu nhiên mặt đường Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, ĐHBK Hà Nội 2002 99 PHỤ LỤC Mientanso12.m clc; global v; laydulieu12; v=v+3; set_param('bidong12','simulationCommand','update'); set_param('banchudong12','simulationCommand','update'); set_param('bidong12','simulationCommand','start'); set_param('banchudong12','simulationCommand','start'); v [dlbd(:,a) dlbcd(:,a)] Laydulieu12.m global a; a=a+1; dlbd(:,a)=[max(asbd(:,1)),max(aubd(:,1)),max(vtbd(:,1)),max(kgbd(:,1)),max( bdlopbd(:,1)),max(asbd1(:,1)),max(aubd1(:,1)),max(vtbd1(:,1)),max(kgbd1(:, 1)),max(bdlopbd1(:,1)),max(phibd(:,1)),max(phi2dotbd(:,1))]; dlbcd(:,a)=[max(asbcd(:,1)),max(aubcd(:,1)),max(vtbcd(:,1)),max(kgbcd(:,1)) ,max(bdlopbcd(:,1)),max(asbcd1(:,1)),max(aubcd1(:,1)),max(vtbcd1(:,1)),ma x(kgbcd1(:,1)),max(bdlopbcd1(:,1)),max(phibcd(:,1)),max(phi2dotbcd(:,1))]; sstanso12.m vẽ dồ thi mien gia toc %i=1: gia toc klg dc treo cau truoc %i=2: gia toc klg ko dc treo cau truoc %i=3: van toc klg dc treo cau truoc %i=4: khong gian lam viec cau truoc 100 %i=5: bien dang dong lop, kha nang bam duong cau truoc %i=6: gia toc dc treo cau sau %i=7: gia toc klg ko dc treo cau sau %i=8: van toc klg dc treo cau sau %i=9: khong gian lam viec cau sau %i=10: bien dang dong lop, kha nang bam duong cau sau %i=11: Goc lech phi %i=12: Gia toc goc lech phi i=11; h=linspace(0,30,61); plot(h,dlbd(i,:)); hold on plot(h,dlbcd(i,:),'r'); nhapthongso12.m % Nhap cac thong so mo phong %van toc mo phong load('bienmophong\vantocmophong','v'); %khoi luong dc treo load('bienmophong\ms','ms'); %khoi luong khong dc treo load('bienmophong\mu1','mu1'); load('bienmophong\mu2','mu2'); %phan bo khoi luong load('bienmophong\ls','ls'); load('bienmophong\lt','lt'); %Mo men quan tinh khoi luong load('bienmophong\J','J'); %Do cung cua lop load('bienmophong\kt1','kt1'); 101 load('bienmophong\kt2','kt2'); %Do cung cua phan tu treo load('bienmophong\ks1','ks1'); load('bienmophong\ks2','ks2'); %He so giam chan phan tu treo load('bienmophong\bs1','bs1'); load('bienmophong\bs2','bs2'); %He so mat duong load('bienmophong\h0','h0');Lr=6; %cac so %Bo toi uu loi ve gia toc: ro1=0.4 ;ro2=1.6; ;ro3=0.4; ;ro4=1.6; % Bo toi uu loi ve kglv:ro1=1.7e4 ;ro2=1e2; ;ro3=1.5e4; ;ro4=17; % Bo toi uu 3:ro1=0.4 ;ro2=0.16; ;ro3=0.4; ;ro4=0.16; %Cac ma tran he so R=[1/ms^2+lt^2/J^2 1/ms^2-ls*lt/J^2 ; 1/ms^2-ls*lt/J^2 1/ms^2+ls^2/J^2]; S1=[-2*bs1/ms^2-2*lt^2*bs1/J^2 -2*bs2/ms^2+2*ls*bs2*lt/J^2 2*bs1/ms^2+2*lt^2*bs1/J^2 2*ks1/ms^2+2*lt^2*ks1/J^2 2*bs2/ms^22*ls*bs2*lt/J^2 2*ks2/ms^2-2*ls*ks2*lt/J^2 ]; S2=[-2*bs1/ms^2+2*lt*bs1*ls/J^2 -2*bs2/ms^2-2*ls^2*bs2/J^2 2*bs1/ms^2-2*lt*bs1*ls/J^2 2*ks1/ms^2-2*lt*ks1*ls/J^2 2*bs2/ms^2+2*ls^2*bs2/J^2 2*ks2/ms^2+2*ls^2*ks2/J^2]; S0=0.5*[S1;S2]; Q1=[bs1^2/ms^2+lt^2*bs1^2/J^2+ro4 bs2*bs1/ms^2-ls*bs2*lt*bs1/J^2 bs1^2/ms^2-lt^2*bs1^2/J^2 -ks1*bs1/ms^2-lt^2*ks1*bs1/J^2 bs2*bs1/ms^2+ls*bs2*lt*bs1/J^2 -ks2*bs1/ms^2+ls*ks2*lt*bs1/J^2]; Q2=[0 ro3 0 0 0]; 102 Q3=[bs2*bs1/ms^2-ls*bs2*lt*bs1/J^2 ro4+bs2^2/ms^2+ls^2*bs2^2/J^2 bs2*bs1/ms^2+ls*bs2*lt*bs1/J^2 lt*ks1*ls*bs2/J^2-ks1*bs2/ms^2 ls^2*bs2^2/J^2-bs2^2/ms^2 -ls^2*ks2*bs2/J^2-ks2*bs2/ms^2]; Q4=[0 0 ro3 0 0]; Q5=[-bs1^2/ms^2-lt^2*bs1^2/J^2 -bs2*bs1/ms^2+ls*bs2*lt*bs1/J^2 lt^2*bs1^2/J^2+bs1^2/ms^2+ro2*ls^2/(ls+lt)^2 lt^2*ks1*bs1/J^2+ks1*bs1/ms^2 ls*bs2*lt*bs1/J^2+ro2*lt*ls/(ls+lt)^2+bs2*bs1/ms^2 ls*ks2*lt*bs1/J^2+ks2*bs1/ms^2]; Q6=[-ks1*bs1/ms^2-lt^2*ks1*bs1/J^2 lt*ks1*ls*bs2/J^2-ks1*bs2/ms^2 lt^2*ks1*bs1/J^2+ks1*bs1/ms^2 lt^2*ks1^2/J^2+ro1+ks1^2/ms^2 ks1*bs2/ms^2-lt*ks1*ls*bs2/J^2 ks2*ks1/ms^2-ls*ks2*lt*ks1/J^2]; Q7=[-bs2*bs1/ms^2+ls*bs2*lt*bs1/J^2 -ls^2*bs2^2/J^2-bs2^2/ms^2 ls*bs2*lt*bs1/J^2+ro2*lt*ls/(ls+lt)^2+bs2*bs1/ms^2 ks1*bs2/ms^2lt*ks1*ls*bs2/J^2 ls^2*bs2^2/J^2+bs2^2/ms^2+ro2*lt^2/(ls+lt)^2 ls^2*ks2*bs2/J^2+ks2*bs2/ms^2]; Q8=[-ks2*bs1/ms^2+ls*ks2*lt*bs1/J^2 -ls^2*ks2*bs2/J^2-ks2*bs2/ms^2 -ls*ks2*lt*bs1/J^2+ks2*bs1/ms^2 ks2*ks1/ms^2-ls*ks2*lt*ks1/J^2 ls^2*ks2*bs2/J^2+ks2*bs2/ms^2 ls^2*ks2^2/J^2+ro1+ks2^2/ms^2]; Q0=[Q1;Q2;Q3;Q4;Q5;Q6;Q7;Q8]; A1=[-bs1/mu1 -kt1/mu1 0 bs1/mu1 ks1/mu1 0];A2=[1 0 0 0 0]; A3=[0 -bs2/mu2 -kt2/mu2 0 bs2/mu2 ks2/mu2];A4=[0 0 0 0]; A5=[bs1*(1/ms+lt^2/J) bs2*(1/ms-lt*ls/J) -bs1*(1/ms+lt^2/J) ks1*(1/ms+lt^2/J) -bs2*(1/ms-lt*ls/J) -ks2*(1/ms-lt*ls/J)]; A6=[-1 0 0 0]; A7=[bs1*(1/ms-lt*ls/J) bs2*(1/ms+ls^2/J) -bs1*(1/ms-lt*ls/J) -ks1*(1/mslt*ls/J) -bs2*(1/ms+ls^2/J) -ks2*(1/ms+ls^2/J)]; A8=[0 -1 0 0]; 103 A0=[A1;A2;A3;A4;A5;A6;A7;A8]; B=[1/mu1 0; 0 ;0 1/mu2;0 0; -(1/ms + lt^2/J) -(1/ms - lt*ls/J);0 0;-(1/ms lt*ls/J) -(1/ms + ls^2/J);0 0]; L=[0 0 0;-1 0 0;0 0 0;0 -1 0; 0 0;0 0 0;0 0 0;0 0 0]; A=A0-B*inv(R)*S0; Q=Q0-S0'*inv(R)*S0; %[P,F,G]=care(A,B,Q,R); %Fa=-inv(R)*(B'*P+S0) K=-lqr(A0,B,Q0,R,S0') ... điều khiển cụ thể hệ thống treo bán chủ động, xây dựng mô hình điều khiển hệ treo bán chủ động, mô phần mềm Matlab - Simulink, đánh giá so sánh với hệ treo bị động, xây dựng điều khiển hệ treo bán. .. trạng thái mơ hình hệ thống treo ¼ xe bán chủ động 2.2.2 Mơ hình 1/2 hệ thống treo bán chủ động Hình 2-5: Mơ hình hệ thống treo “1/2 xe” bán chủ động Hàm hao tán hệ mơ hình bán chủ động là: 2 1... hư hỏng hệ thống Mục tiêu đề tài tơi thực là: Phân tích đánh giá tính điều khiển hệ thống treo, xây dựng mơ hình hệ thống treo bán chủ động, xây dựng điều khiển hệ thống treo bán chủ động Nội