Với mỗi điều kiện mặt đường khác nhau, ta đều có đối tượng điều khiển (bao gồm cả bánh xe và mặt đường) khác nhau do mỗi loại đường đều có các hệ sốđặc trưng k, hệ
số trượt λ, đặc tính µ-λ và do đó lực ma sát riêng khó xác định . Vì vậy, mỗi một điều kiện mặt đường cụ thể sẽ được thiết kế tương ứng với một bộ tham số điều khiển thích hợp. Nhờ đó, có thể đảm bảo chất được chất lượng động học của xe khi đi trên các loại mặt đường đó.
Chương 5. Thiết kế bộđiều khiển phát động bánh xe xe điện PET
-48- http://www.ebook.edu.vn
Trong phần này sẽ trình bày ứng dụng việc tổng hợp bộ điều khiển PI cho tốc độ
bánh xe trong một điều kiện mặt đường cụ thể, đó là mặt đường nhựa. Việc thiết kế cho bánh xe còn lại và điều kiện mặt đường khác được tiến hành hoàn toàn tương tự. Trước hết, ta có hàm truyền của đối tượng P là bánh xe trái trong điều kiện xe chạy trên mặt đường nhựa thu được từ quá trình nhận dạng đã trình bày trong chương 4 như sau:
(5-1)
Thay bộđiều khiển ban đầu bằng khâu khuếch đại k. Sau đó tăng dần giá trị của k
cho tới khi tín hiệu đầu ra của hệ thống có dạng dao động điều hòa. Khi đó ta thu được các giá trị tới hạn kth = 16,95 và Tth ≈ 1,42
Từ công thức tính toán tham số trong bảng 5-2 và quá trình chỉnh định, ta tìm ra
được bộ tham số tối ưu cho khâu điều khiển PI số như sau:
kP = 37,78
TI = 1,71
Ta tiến hành tương tự các thao tác trên cho việc tổng hợp bộ điều khiển cho các
đối tượng tương ứng với các điều kiện mặt đường còn lại.
Sau khi tìm được bộ tham số ta tiến hành mô phỏng kiểm chứng:
a) Mô phỏng so sánh
Mô phỏng được thực hiện dựa trên cùng một mô hình đối tượng bánh xe được nhận dạng trong điều kiện đường nhựa như đã nêu ở phần trước với 2 bộ tham số của khâu PI cũ (đã được xấp xỉ sang miền thời gian gián đoạn) và khâu PI số mới được thiết kế theo phương pháp Takahashi. Các mô phỏng được thực hiện cùng một lượng đặt tốc
độ 200 vòng/phút.
Các hình từ 5.4 và 5.5 mô tả kết quả mô phỏng thu được trên các miền thời gian và tần sốđể tiện cho việc khảo sát và đánh giá chất lượng các hệ thống điều khiển.
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 0.5689. 3.269. 7.815. 9.846. 7.105. ( ) 1 5.57. 13.5. 19.38. 18.4. 15.34. P z z z z z G z z z z z z − − − − − − − − − − − + − + = − + − + +
Chương 5. Thiết kế bộđiều khiển phát động bánh xe xe điện PET
-49- http://www.ebook.edu.vn
Hình 5.3. Sơđồ mô phỏng.
Chương 5. Thiết kế bộđiều khiển phát động bánh xe xe điện PET -50- http://www.ebook.edu.vn (a) (b) Hình 5.5. Đáp ứng trên miền tần số. (a) Đồ thị Nyquist. (b) Phần đồ thị Nyquist phóng to về phía điểm (-1,0). Từ hình vẽ 5.4 ta thấy đáp ứng tốc độ của bộ điều khiển mới có chất lượng động học tốt hơn: thời gian quá độ giảm, không còn độ quá điều chỉnh và triệt tiêu hoàn toàn sai lệch tĩnh.
Bên cạnh đó, hình vẽ 5.5 thể hiện đáp ứng tốc độ của hệ hở trên miền tần số với độ
Chương 5. Thiết kế bộđiều khiển phát động bánh xe xe điện PET
-51- http://www.ebook.edu.vn
c
ω (các điểm tô đậm) hàm G jh( ω) tương ứng với bộđiều khiển mới có góc pha lớn hơn so với bộđiều khiển cũ. Điều này chứng tỏ chất lượng ổn định bền vững của hệ thống đã
được cải thiện. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b) Kiểm nghiệm thực tế
Quá trình mô phỏng đã cho kết quả tốt, ta sử dụng các tham số đã tìm được đưa vào lập trình và cho xe chạy thực tế trên đường để kiểm nghiệm so sánh chất lượng của bộ điều khiển mới so với bộđiều khiển cũ.
Hình 5.6. Kết quả thực tếứng với bánh xe phải khi xe chạy trên đường nhựa.
Kết quả thực tế thu được sát với kết quả mô phỏng. Với bộđiều khiển mới thiết kế thì thời gian quá độ nhanh hơn, gần như không có quá điều chỉnh. Tốc độổn định được giữ
trong suốt thời gian xe chạy mà không bị dao động. Như vậy bộ điều khiển mới đã cho chất lượng điểu khiển cải thiện rất nhiều so với bộ điều khiển cũ, và quan trọng là đáp
ứng được các yêu cầu đề ra.
Với các mặt đường còn lại khi tiến hành kiểm nghiệm cũng cho ta kết quả cải tiến hơn rất nhiều, hình 5.7 và hình 5.8.
Chương 5. Thiết kế bộđiều khiển phát động bánh xe xe điện PET
-52- http://www.ebook.edu.vn
Hình 5.7. Kết quả thực tếứng với bánh xe phải khi xe chạy trên đường bê tông.
Hình 5.8. Kết quả thực tếứng với bánh xe phải khi xe chạy trên đường lát gạch.
Xuyên suốt trong các chương vừa rồi nhóm em đã trình bày quy trình tiến hành từ
quá trình thu nhận dữ liệu cho đến việc thiết kế bộ điều khiển mới mà mục đích là cải thiện chất lượng điều khiển cho xe PET. Trở lại với vấn đề là bộ điều khiển thiết kế chỉ
tốt với một loại mặt đường và sẽ gặp khó khăn khi đi sang mặt đường khác. Làm thế nào
để xe có thể chạy tốt trên nhiều mặt đường, và đặc biệt là xe PET hướng tới mục đích gần là áp dụng những cách làm đơn giản cho hiệu quả cao để giảm giá thành sản phẩm. Và
Chương 5. Thiết kế bộđiều khiển phát động bánh xe xe điện PET
-53- http://www.ebook.edu.vn
mục đích xa hơn là làm tiền đề phát triển xe điện 4 bánh. Có thể nói các phần vừa trình bày là cách thực hiện, cơ sở lý thuyết đi đôi với kiểm nghiệm thực tế, còn việc sử dụng các kết quả đó ra sao?, hướng ứng dụng thực tế như thế nào?…Các vấn đề đó sẽ được trình bày ở chương cuối cùng: đánh giá kết quả và định hướng phát triển.
Chương 6: Đánh giá kết quả và định hướng phát triển
-54- http://www.ebook.edu.vn
Chương 6
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1. Một số hình ảnh thực tế
Dưới đây là một số hình ảnh thực tế từ quá trình kiểm tra kỹ lưỡng trước khi cho xe chạy, thu nhận dữ liệu, thử nghiệm bộđiều khiển mới.
Hình 6.1. Kiểm tra mạch trước khi tiến hành thử nghiệm.
Chương 6: Đánh giá kết quả và định hướng phát triển
-55- http://www.ebook.edu.vn
Hình 6.3. Xe chạy trên đường lát gạch trơn.
Chương 6: Đánh giá kết quả và định hướng phát triển
-56- http://www.ebook.edu.vn
Hình 6.5. Thử nghiệm xe với bộđiều khiển cũ và bộđiều khiển mới. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chương 6: Đánh giá kết quả và định hướng phát triển -57- http://www.ebook.edu.vn 6.2. Đánh giá kết quả Các kết quảđã đạt được: - Kết quả từng khâu • Mạch lưu trữ tín hiệu hoạt động tốt, việc đo đạc và xử lý số liệu nhanh chóng và có thể kiểm soát các lỗi do quá trình đo, quá trình nhận.
• Phương pháp nhận dạng đạt độ chính xác tương đối cao khoảng trên 80% so với tín hiệu gốc. Mô hình nhận dạng thu được được kiểm nghiệm thực tế nhiều lần.
• Đã thiết kế và kiểm nghiệm bộ điều khiển mới cho 3 loại đường: đường nhựa,
đường bê tông, đường lát gạch. Kết quả là chất lượng được cải tiến hơn nhiều so với bộđiều khiển cũ.
- Kết quả thực tế
• Khi cho xe chạy trên mặt đường với bộ điều khiển mới thì xe khởi động êm, không bị giật. Đáp ứng tốc độ nhanh và không có dao động, xe đặc biệt linh hoạt trong quá trình rẽ lái cũng như xoay xở trong không gian hẹp.
• Xe chạy tốt trên mặt đường với bộ điều khiển tương ứng: đường nhựa ứng với bộ điều khiển cho đường nhựa, đường bê tông ứng với bộ điều khiển cho đường bê tông, đường lát gạch ứng với bộ điều khiển cho đường lát gạch dẫn đến khó khăn khi phải chuyển tiếp giữa hai loại mặt đường.
6.3. Định hướng phát triển
Với mục tiêu ban đầu là cải thiện chất lượng điều khiển cho xe PET nhóm em đã hoàn thành được mục tiêu. Bên cạnh mục tiêu đạt được thì nhóm em cũng gặp phải những vấn
đề mới : Như làm sao để xe chạy linh hoạt được trên tất cả các mặt đường? Liệu chất lượng điểu khiển cho xe có thể nâng cao hơn nữa? Các câu hỏi này đã đước nhóm thảo luận và có hướng giải quyết. Tại thời điểm viết đồ án tốt nghiệp thì nhóm em vẫn đang giải quyết các vấn đề đó nên sẽ trình bày hướng giải quyết thành định hướng phát triển. Sau đây nhóm em sẽ trình bày hướng giải quyết với hai vấn đề lớn của nhóm.
6.3.1. Nâng cao tính linh hoạt của xe trên nhiều mặt đường khác nhau
Với việc đã thiết kế và thử nghiệm bộ điều khiển cho xe chạy trên đường nhựa,
đường bê tông, đường lát gạch đạt kết quả tốt thì nhóm đã có được bộ điều khiển tối ưu trên từng mặt đường. Trong điều khiển xe PET người ngồi cũng đóng vai trò một vòng
Chương 6: Đánh giá kết quả và định hướng phát triển
-58- http://www.ebook.edu.vn
điều khiển, mà ở đó người điều khiển có thể chủ động biết được xe đang chạy trên mặt
đường nào từđó lựa chọn bộđiều khiển phù hợp với mặt đường đó. Nhóm em gọi chếđộ
chạy xe như vậy là chếđộ chạy tối ưu.
Song song với chếđộ chạy tối ưu, nhóm có đưa thêm một chếđộ chạy thông thường. Nghĩa là sẽ nhận dạng đối tượng trung bình của các đối tượng khi chạy trên đường nhựa,
đường bê tông, đường lát gạch và như vậy đối tượng trung bình sẽ phản ánh mặt đường không phải tốt nhất cũng không phải xấu nhất. Việc thiết kế một bộ cho đối tương trung bình sẽ khiến xe chạy tuy không tốt bằng chếđộ tối ưu ở mỗi mặt đường nhưng xe khi đó có thể chạy tất cả các mặt đường ở một phạm vi chất lượng cho phép. Hình 6.7 đưa ra
đường đặc tính trung bình cộng các đường đặc tính trên các mặt đường khác nhau.
Hình 6.7. Đường đặc tính trung bình.
Tiến hành tương tự các khâu nhận dạng và xây dựng với bộ điều khiển cho đối tượng trung bình.
Khi hoàn thành và tiến hành thử nghiệm với xe thì kết quả thu được là xe PET có thể
chạy tốt trên nhiều mặt đường với các chế độ tối ưu cho mặt đường đó và cũng có thể
Chương 6: Đánh giá kết quả và định hướng phát triển
-59- http://www.ebook.edu.vn
6.3.2. Nâng cao chất lượng điều khiển
Nhận dạng thực nghiệm đưa ra một mô hình đã xét tới tất cả các ảnh hưởng của các tham số và tiến hành xây dựng bộđiều khiển cho đối tượng nhận dạng cũng đã làm nâng cao chất lượng điều khiển. Ngoài ra ta còn có thể nâng cao chất lượng điều khiển khi hoàn thiện hướng phương pháp điều khiển. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều phương pháp điều khiển đã được nghiên cứu để nâng cao chất lượng của hệ thống nói chung và chất lượng của xe điện nói riêng. Có thể kể đến các phương pháp phổ biến như: Điều khiển chống trượt SRC, điều khiển theo mô hình mẫu MFC…Đối với phương pháp điều khiển chống trượt SRC thì điều kiện thực hiện khó khăn do rất khó xác định khối lượng thật của xe khi chuyển động, cũng nhưước lượng hệ số trượt. Phương pháp MFC tương
đối đơn giản nếu có mô hình mẫu chính xác nhưng mô hình mẫu thế nào là chính xác thì lại là một vấn đề khó khăn. Sau khi hoàn thành nhận dạng mô hình thực nghiệm nhóm em nghĩ tới việc coi mô hình thực nghiệm nhận dạng được là mô hình mẫu để tiến hành (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
điều khiển theo mô hình mẫu đó. Hình 6.8 giới thiệu cấu trúc điều khiển theo phương pháp MFC [3]. Như vậy việc điều khiển bánh xe sẽ quy về việc điều khiển sai lệch tốc độ
giữa mô hình mẫu và tốc độ thực sao cho sai lệch này tiến tới 0.
Chương 6: Đánh giá kết quả và định hướng phát triển
-60- http://www.ebook.edu.vn
Áp dụng với bài toán đặt ra:
Hình 6.9. Phương pháp MFC.
6.3.3. Nhận dạng trực tuyến
Trong phạm vi áp dụng đối với xe điện PET thì việc nhận dạng ngoại tuyến có tính thực tế cao hơn hẳn. Nhưng khi phát triển xe điện 4 bánh thì không thể áp dụng được vì yêu cầu điểu khiển của xe điện 4 bánh phực tạp hơn rất nhiều và cần tới việc điều khiển tựđộng đáp ứng với sự thay đổi liên tục của xe khi chạy trên đường. Khi đó phương pháp
đưa ra sẽ là nhận dạng trực tuyến. Vấn đề nhận dạng trực tuyến đòi hỏi nhiều điều kiện và cảm biến hơn và vấn đề điều khiển cũng phức tạp hơn rất nhiều. Nội dung này vẫn
đang được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và phát triển do đó phát triên xe điện 4 bánh ở Việt Nam thì việc nhận dạng trực tuyến là một vấn đề rất đáng lưu tâm.
Kết luận
-61- http://www.ebook.edu.vn
KẾT LUẬN
Như vậy thông qua bản đồ án, nhóm em đã trình bày sơ lược về tình hình phát triển xe
điện ở thế giới cũng như ở Việt Nam. Với việc xác định định hướng phát triển xe PET , nhóm em đã tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến các kết quả chuyển động chưa tốt của xe và
đề xuất phương pháp nhận dạng mô hình bánh xe bằng thực nghiệm. Công việc nhận dạng ngoài việc được mô phỏng mà còn được kiểm chứng thực tếđể đảm bảo chất lượng của quá trình nhận đạng đủ tốt khi sử dụng để xây dựng bộ điểu khiển mới. Và kết quả
khi thiết kế bộ điều khiển mới đã cho kết quả tốt hơn , khắc phục được các nhược điểm của xe PET. Là một đồ án thực nghiệm nên nhiều kỹ năng thực tế nhóm em vừa học vừa áp dụng nên chắc sẽ khó tránh khỏi các thiếu sót. Vì thế nhóm kính mong nhận được lời góp ý của các thầy cô để chúng em hoàn thành và khắc phục nhưng tồn tại của bản đồ án này.
Trong quá trình thực hiện đồ án này, nhóm em đã nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của PGS.TS Tạ Cao Minh, thầy giáo Nguyễn Duy Đỉnh cùng với các thầy giáo trên phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện cho chúng em được sử dụng thiết bị, cũng như có nhưng góp ý quý giá để nhóm hoàn thiện hơn bản đồ án. Và cuối cùng nhóm chúng em xin được cảm ơn tất cả các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa XNCN đã dạy dỗ chúng em nhưng kiến thức quý báu, đưa ra những góp ý và ủng hộ để chúng em có thể hoàn thành bản đồ án này.
Hà Nội, ngày 31 tháng 05 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Tài liệu tham khảo
http://www.ebook.edu.vn -62-
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Cơ sở truyền động điện, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2007
[2] Hans B.Pacejka, Tyres and vehicle dynamics, Elservier ,ISBN 0-7506-6918-7 [3] Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, Nhà xuất bản đại học Bách
Khoa Hà Nội, 2006
[4] Iqbal Husain, Electric and Hybrid Vehicles: Design Fundamentals, CRC Press, 2003
[5] James Larminie, John Lowry, Electric Vehicle Technology Explained, John Wiley & Sons, Ltd, Inc., 2003
[6] Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất bản khoa học kỹ
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});