Tiểu luận cuối kì engine modelling, mô hình hóa động cơ bằng Matlab Simulink ĐH SPKT TP.HCM

Tiểu luận cuối kì engine modelling, mô hình hóa động cơ bằng Matlab Simulink ĐH SPKT TP.HCM Bài report này được đánh giá rất cao (9 điểm) nên yên tâm Nếu không có tài khoản trên đây thì zalo cho mình: 0394390950

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC _ TIỂU LUẬN MÔN HỌC ENGINE MODELLING GVHD: THS NGUYỄN TRUNG HIẾU SVTH: TP Hồ Chí Minh, tháng năm 20 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC _ TIỂU LUẬN MÔN HỌC ENGINE MODELLING GVHD: THS NGUYỄN TRUNG HIẾU SVTH: TP Hồ Chí Minh, tháng năm 20 TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự - Hạnh phúc Bộ môn Điện tử tơ PHIẾU NHẬN XÉT TIỂU LUẬN MƠN HỌC (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: MSSV: Họ tên sinh viên: MSSV: Họ tên sinh viên: MSSV: Họ tên sinh viên: MSSV: Họ tên sinh viên: Họ tên sinh viên: MSSV: MSSV: Tên đề tài: Engine Modelling Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô Họ tên GV hướng dẫn: THS NGUYỄN TRUNG HIẾU Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) … Nhận xét kết thực TLMH (không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày TLMH: … 2.2.Nội dung tiểu luận: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng tiểu luận, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: 2.4.Những tồn (nếu có): Đánh giá: TT Điểm tối đa Mục đánh giá Hình thức kết cấu TLMH Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung TLMH 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể TLMH 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự - Hạnh phúc Bộ môn Điện tử ô tô PHIẾU NHẬN XÉT TIỂU LUẬN MÔN HỌC (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: MSSV: Họ tên sinh viên: MSSV: Họ tên sinh viên: MSSV: Họ tên sinh viên: MSSV: Họ tên sinh viên: MSSV: Họ tên sinh viên: MSSV: Tên đề tài: Engine Modelling Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô Họ tên GV phản biện: (Mã GV) Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày TLMH: Nội dung tiểu luận: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng tiểu luận, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn TLMH: Câu hỏi: … Đánh giá: TT Điểm tối đa Mục đánh giá Hình thức kết cấu TLMH Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung TLMH 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể TLMH 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 202 Giảng viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Nguyễn Trung Hiếu Trong trình học tập tìm hiểu môn Hệ thống điều khiển tự động Ô tô, chúng em nhận quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tận tình tâm huyết Thầy Thầy giúp chúng em tích lũy thêm nhiều kiến thức vơ bổ ích để chúng em hiểu rõ kết cấu, hoạt điều khiển hệ thống tự động Ơ tơ Thơng qua tiểu luận này, chúng em xin trình bày lại mà tìm hiểu đề tài Mơ động (Engine Modelling) Có lẽ kiến thức vô hạn mà tiếp nhận kiến thức thân người tồn hạn chế định Do đó, q trình hồn thành tiểu luận, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận góp ý đến từ thầy bạn đọc để tiểu luận chúng em hồn thiện Kính chúc thầy sức khỏe, hạnh phúc thành công đường nghiệp giảng dạy i MỤC LỤC Tran LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii I KHÁI QUÁT VỀ PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK II TỔNG QUAN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DÙNG VỊNG LẶP KÍN (ENGINE TIMING MODEL WITH CLOSE-LOOP CONTROL) III CÁC KHỐI TRONG MƠ HÌNH VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MỖI KHỐI .5 3.1 Khối Controller 3.2 Khối kỳ nạp 3.2.1 Lưu lượng khơng khí đường ống nạp (Throttle) 10 3.2.2 Lưu lượng khí nạp xy lanh 11 3.3 Khối kỳ nén 12 3.4 Khối kỳ cháy 14 3.5 Tải động 16 3.6 Khối Engine Dynamics 18 3.7 Khối đầu 19 IV ĐỒ THỊ TRONG MÔ PHỎNG VÀ GIẢI THÍCH 21 4.1 Đồ thị tải động 21 4.2 Đồ thị tốc độ mong muốn 21 4.3 Đồ thị lưu lượng khơng khí đường ống nạp (khối kỳ nạp) 22 4.4 Đồ thị lưu lượng khí nạp xy lanh 23 4.5 Đồ thị khối lượng khí nạp xy lanh 24 4.6 Đồ thị moment xoắn động 25 4.7 Đồ thị kết hợp tốc độ mong muốn tốc độ thực tế 26 4.8 Đồ thị độ mở bướm ga 27 V THAY ĐỔI THÔNG SỐ ĐẦU VÀO VÀ NHẬN XÉT 28 5.1 Thay đổi hàm đầu vào 28 5.2 Thay đổi góc đánh lửa sớm 29 5.3 Thay đổi tỉ lệ hịa khí 30 5.4 Thay đổi tải trọng xe 31 VI KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT 32 VII TÀI LIỆU THAM KHẢO .33 ii Hình 3.21 Khối đầu Hình 2.22 Khối mơ đầu động Từ khối đầu nhận tốc độ thực tế động đồ thị mô tải động độ mở bướm ga nhờ tín hiệu đầu vào số vịng quay trục khuỷu ta biến đổi từ rad/s sang vòng/phút 20 21 IV Đồ thị mơ giải thích 4.1 Đồ thị tải động Ở mô tải động 10 giây Hai giây đầu tải động 25 (N.m) Ở giây thứ giảm từ 25 (N.m) xuống 20 (N.m) Sau ổn định đến giây thứ tăng lên từ 20 (N.m) lên 25 (N.m) ổn định đến giây thứ 10 4.2 Đồ thị tốc độ mong muốn Tương tự tải động cơ, ta mô tốc độ động 10 giây Tốc độ ban đầu động 2000 (rpm) Sau đó, đến giây thứ tăng lên 3000 (rpm) ổn định đến giây thứ 10 22 4.3 Đồ thị lưu lượng không khí đường ống nạp ( khối kỳ nạp) Ở giây thứ lưu lượng khơng khí đường ống nạp giảm xuống ổn định tải động giảm từ 25 (N.m) xuống 20 (N.m) Ở giây thứ lưu lượng khơng khí đường ống nạp tăng vọt lên ổn định tốc độ mong muốn động tăng từ 2000 (rpm) lên 3000 (rpm) Ở giây thứ lưu lượng khơng khí đường ống nạp tăng lên ổn định tải động tăng từ 20 (N.m) lên 25 (N.m) Từ đồ thị ta nhận thấy, tăng lên giảm xuống lưu lượng khơng khí đường ống nạp có vượt lố qn tính Tuy nhiên sau PI Controller điều chỉnh trở lại cách ổn định 4.4 Đồ thị lưu lượng khí nạp xy lanh 23 Tương tự đồ thị lưu lượng khơng khí đường ống nạp Ở giây thứ lưu lượng khí nạp xy lanh giảm xuống ổn định tải động giảm từ 25 (N.m) xuống 20 (N.m) Ở giây thứ lưu lượng khí nạp xy lanh tăng vọt lên ổn định tốc độ mong muốn động tăng từ 2000 (rpm) lên 3000 (rpm) Ở giây thứ lưu lượng khí nạp xy lanh tăng lên ổn định tải động tăng từ 20 (N.m) lên 25 (N.m) Từ đồ thị ta nhận thấy, tăng lên giảm xuống lưu lượng khơng khí xy lanh có vượt lố qn tính Tuy nhiên sau PI Controller điều chỉnh trở lại cách ổn định 24 4.5 Đồ thị khối lượng khí nạp xy lanh Tương tự hai đồ thị lưu lượng khơng khí đường ống nạp lưu lượng khí nạp xy lanh Ở giây thứ khối lượng khí nạp xy lanh giảm xuống ổn định tải động giảm từ 25 (N.m) xuống 20 (N.m) Ở giây thứ khối lượng khí nạp xy lanh tăng vọt lên ổn định tốc độ mong muốn động tăng từ 2000 (rpm) lên 3000 (rpm) Ở giây thứ khối lượng khí nạp xy lanh tăng lên ổn định tải động tăng từ 20 (N.m) lên 25 (N.m) Từ đồ thị ta nhận thấy, tăng lên giảm xuống khối lượng khí nạp xy lanh có vượt lố qn tính Tuy nhiên sau PI Controller điều chỉnh trở lại cách ổn định 25 4.6 Đồ thị moment xoắn động Hai giây đầu moment xoắn động 25 (N.m) ứng với tải động lúc 25 (N.m) Sau đến giây thứ giảm xuống tải động giảm từ 25 (N.m) xuống 20 (N.m) Đồng thời PI Controller điều chỉnh moment ổn định đến giây thứ Đến giây thứ moment tăng vọt lên lúc tốc độ động mong muốn tăng từ 2000 (rpm) lên 3000 (rpm) Tương tự, PI Controller điều chỉnh ổn định giá trị 20 (N.m) đến giây thứ Ở giây thứ moment tiếp tục tăng lên tải động tăng từ 20 (N.m) lên 25 (N.m) ổn định đến giây thứ 10 đạt giá trị 25 (N.m) Từ đồ thị ta nhận thấy, tăng lên giảm xuống moment xoắn động có vượt lố qn tính Tuy nhiên sau PI Controller điều chỉnh trở lại cách ổn định 26 4.7 Đồ thị kết hợp tốc độ mong muốn tốc độ thực tế Theo đồ thị tốc độ mong muốn mà có ban đầu giây đầu tốc độ động 2000 (rpm), giây sau tốc độ động 3000 (rpm) Tuy nhiên nhìn vào đồ thị tốc độ thực tế động ta nhận thấy được: Ở giây thứ tốc độ động tăng lên tải động giảm từ 25 (N.m) xuống 20 (N.m), nhờ PI Controller nhận điều khiển giúp giảm tốc độ xuống tiệm cận với giá trị 2000 (rpm) tốc độ mong muốn Đến giây thứ tốc độ động tăng vọt lên lúc muốn tăng tốc lên 3000 (rpm) Ở giây số 8, có sụt giảm tốc độ động từ giây tải động tăng từ 20 (N.m) lên 25 (N.m), qua PI Controller nhận biết điều khiển giúp tốc độ động tiệm cận với giá trị 3000 (rpm) tốc độ mong muốn Sự tăng lên giảm xuống tốc độ động có vượt lố qn tính Tuy nhiên sau PI Controller điều chỉnh trở lại cách ổn định đồng thời sinh trễ thời gian tăng giảm tốc 27 4.8 Đồ thị độ mở bướm ga Ở giây đầu độ mở bướm ga không thay đổi tải động tốc độ động mong muốn không đổi Đến giây thứ độ mở bướm ga giảm tải động giảm từ 25 (N.m) xuống 20 (N.m), nhờ PI controller nhận điều khiển giúp độ mở ổn định Đến giây thứ độ mở tăng vọt lên tốc độ mong muốn tăng từ 2000 (rpm) lên 3000 (rpm) sau ổn định trở lại nhờ vào PI Controller Đến giây thứ độ mở bướm ga tăng tải động tăng từ 20 (N.m) lên 25 (N.m) sau ổn định trở lại nhờ vào PI Controller Sự tăng lên giảm xuống độ mở bướm ga có vượt lố quán tính Tuy nhiên PI Controller điều chỉnh trở lại cách ổn định, đồng thời sinh trễ thời gian định 28 V Thay đổi thông số đầu vào nhận xét 5.1 Thay đổi hàm đầu vào Ở phần mô thay đổi số hàm đầu vào số giá trị cụ thể hàm đầu vào Hàm đầu vào ban đầu sử dụng hàm Step giây đầu giây sau: giây đầu (chạy 2000 vòng/phút), giây sau (3000 vòng/phút) Bây thay đổi tốc độ ban đầu thành chạy 3000 v/p kết số điểm vọt lố xuất giây thứ giây thứ Sự đáp ứng trễ PI Controller khoảng 0.8 - 0.9 giây để đạt tốc độ 3000 vòng/phút 29 5.2 Thay đổi góc đánh lửa sớm Từ đồ thị ta thấy tốc độ động có vọt lố trễ thay đổi góc đánh lửa sớm từ 0, 5, 10, 15, 20 độ Nhìn chung, việc thay đổi góc đánh lửa sớm từ - 20 độ khơng ảnh nhiều tốc độ động mà ảnh hưởng thời điểm ban đầu việc điều khiển Ta nhận thấy góc đánh lửa nhỏ thời điểm ban đầu không đủ moment khởi động động đạt giá trị mong muốn Tuy nhiên, PI-Controller khắc phục điều 30 5.3 Thay đổi tỉ lệ hịa khí Trên đồ thị đường màu xanh biểu thị cho tốc độ động có tỉ lệ hịa khí 1/14.6 đường màu đỏ biểu thị cho tốc độ động có tỉ lệ hịa khí 1/18 Ở giây với tỷ lệ hịa trộn sau thay đổi khơng đảm bảo cho động chạy 2000 vòng/phút mà khoảng 1600 - 1800 vòng/phút Từ giây thứ đến giây thứ 3, tốc độ động xảy tăng vọt Nhưng nhờ có PI-Controller, tốc độ động điều chỉnh gần 2000 vòng/phút Từ giây thứ trở đi, tài xế đạp ga để tăng tốc độ động lên 3000 vịng/phút, nhìn vào đồ thị ta thấy sau thay đổi tỷ lệ hịa khí A/F thành 1/18, tốc độ động tăng từ 2000 vòng/phút lên 3000 vòng/phút nhiều thời gian so với ban đầu Đồng thời từ giây thứ đến giây thứ 8, tốc độ động có vọt lố 31 5.4 Thay đổi tải trọng xe Từ đồ thị ta thấy, giây đầu: tải trọng 20 N.m, từ giây thứ đến giây thứ 8: tải trọng tăng lên 25 N.m, từ giây thứ đến giây thứ 10: tải trọng giảm xuống trở lại 20 Nm 32 Sự trễ thay đổi không đáng kể, giây đầu tải động nhẹ nên tốc độ động cao lớn 2000 vòng/phút Bắt đầu từ giây thứ tải động tăng lên đột ngột nên tốc độ động bị giảm nhỏ 2000 vòng/phút Hiện tượng lặp lại tương tự từ giây thứ trở Như vậy, tải thay đổi đột ngột làm cho tốc độ động thay đổi, điều khiển PI-Controller phát điều chỉnh tốc độ ổn định trở lại VI Kết luận nhận xét Kết luận: Mô hình hóa động thơng qua khối tính tốn mô mathlab/Simulink bao gồm:  Tạo khối mô  Xây dựng thiết lập thông số mô động  Tính tốn mơ hoạt động khối Tạo khối mô quy trình hoạt động động từ kì nạp, nén nổ xả Trong có cơng thức tính tốn cổng tiếp nhận thơng tin từ cảm biến ( tốc độ động xe, góc mở bướm ga…) Các thông số xây dựng thiết lập dựa động thực tế, sau tính toán đưa đồ thị thể cách hoạt động thay đổi lưu lượng khí nạp, tải động cơ, khối lượng nhiên liệu khối lượng khơng khí nạp vào xi lanh thay đổi theo tốc độ, thời gian hoạt động Và cách mà hệ thống PI control hoạt động điều chỉnh vọt lố động qn tính, thơng qua độ lợi tỷ lệ, độ lợi vi phân điều chỉnh độ vọt lố, ta dừng động bánh xe dừng ( tốc độ bánh xe không), thực tế quán tính khiến xe chuyển động theo quán tính di chuyển đoạn nữa, tốc độ bánh xe không xe chuyển động ổn định, giống tín hiệu dạng xung ngắt đột ngột bị vậy, nên cần hệ thống điều chỉnh overshot để động hoạt động êm dịu không bị lệch lỗi Và hệ thống PI control điều chỉnh thơng qua tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ tích phân sai lệch theo thời gian lấy mẫu để đưa tín hiệu vùng sai lệch nhỏ Tất thể rõ qua biểu đồ mà nhóm trình bày Nhận xét: Khi giá trị đầu vào ( thông số đầu vào góc mở bướm ga, tốc độ động cơ, ) thay đổi làm cho tín hiệu động bị thay đổi đột ngột dẫn đến vọt lố (overshot), khối PI control điều chỉnh đưa động trạng thái hoạt động bình thường ( nhiên có độ trễ vùng dao động có nhỏ) Mơ hình đạt tốt yêu cầu thử nghiệm mô động thông qua khối tính tốn, từ thể điều chỉnh thay đổi động giải thích 33 tương xảy tern động mà ta thay đổi đột ngột giá trị ( ví dụ leo dốc, tải nặng hay tang tốc, phanh đột ngột) VII Tài liệu tham khảo [1]https://www.electronicshub.org/pid-controller-working-and-tuningmethods/ [2]https://www.mathworks.com/help/simulink/slref/engine-timingmodel-with-closed-loopcontrol.html;jsessionid=1fea06bb2ad2f866e5757d80fed1 [3]https://www.youtube.com/watch? v=RgV4x5dVbKc&fbclid=IwAR2gfzgZnKj4ng3UksXtQa_NABhY5cEMcFh_WLlCc cY7w0ArVvtwtN8-EGo 34 ... giây thứ đến giây thứ 8, tốc độ động có vọt lố 31 5.4 Thay đổi tải trọng xe Từ đồ thị ta thấy, giây đầu: tải trọng 20 N.m, từ giây thứ đến giây thứ 8: tải trọng tăng lên 25 N.m, từ giây thứ đến... giá Hình thức kết cấu TLMH Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung TLMH 50 Khả ứng dụng kiến thức toán... giây Hai giây đầu tải động 25 (N.m) Ở giây thứ giảm từ 25 (N.m) xuống 20 (N.m) Sau ổn định đến giây thứ tăng lên từ 20 (N.m) lên 25 (N.m) ổn định đến giây thứ 10 4.2 Đồ thị tốc độ mong muốn Tương