Phương pháp đo dựa trên cường độ dòng điện

3.2.4.1 Giới thiệu phương pháp đo dòng điện

- Ưu điểm của phương pháp cảm biến dòng: rẻ, đơn giản.

- Phương pháp đo dòng điện có hai vòng lặp điều khiển hiển thị ở Hình 31. -Hoạt động của phương pháp dựa trên cảm biến dòng:

 Người lái tác động lên vô lăng làm động cơ HW thay đổi vị trí, vị trí này được đo bởi Encoder HW và gửi tín hiệu điều khiển tới bộ điều khiển PID. Tại bộ điều khiển này sẽ tính toán tỉ lệ sai lệch và gửi dòng điều khiển tới bộ khuếch đại động cơ. Bộ khuếch đại sẽ nâng dòng lên đủ công suất để điều khiển động cơ RW, làm động cơ RW hoạt động. Để nhận biết được đáp ứng đúng của tín hiệu điều khiển cho động cơ RW thì cần biết được vị trí của động cơ RW, phần này được Encoder RW đảm nhận và gửi thông tin hoạt động của động cơ RW về bộ điều khiển PID. Bộ điều khiển PID tiếp tục tính toán tỉ lệ sai lệch và tiếp tục gửi dòng điều khiển cho đến khi sai lệch bằng 0 thì dừng.

 cơ RW tại bộ khuếch đại tăng lên và để bộ điều khiển lực biết được điều này thì cần có cảm biến dòng gửi tín hiệu về bộ điều khiển lực. Tại bộ điều khiển lực sẽ tính toán lực cần thiết và gửi tín hiệu điều khiển tới bộ khuếch đại động cơ HW, bộ khuếch đại này sẽ tăng dòng điều khiển đáp ứng công suất động cơ HW, làm

động cơ HW hoạt động. Động cơ HW tạo ra mô-men H actW trên vô lăng làm cho người lái có cảm giác lái thực.

CỔNG CHỦ (HW)

Điều khiển vị trí (PID) Điều khiển lực(vòng lặp mở)

Vị trí điều khiển Lực phản hồi

Vị trí Dòng điều Dòng đo Điều khiển

tự do

ĐIỀU KHIỂN

Người lái Vô lăng Động cơ HW Encoder HW

Bộ khuếch đại động cơ HW

Từ encoder HW

 HWact

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 34

Động cơ RW hoạt động tạo ra mô-men RWact làm thay đổi hướng chuyển động bánh xe trên mặt đường, sự ma sát giữa lốp xe với mặt đường và ma sát cơ cấu lái

tăng tạo ra mô-men cản a lớn trên trục động cơ RW. Khi đó, dòng cấp cho động Để hoàn thiện thêm yêu cầu tốt nhất cho hệ thống lái không trục, tác giả [1] đã đề xuất thêm phần trợ lực và điều khiển tự do.

- Động cơ RW tại cơ cấu lái có thể thực hiện lệnh khi góc quay vô lăng thay đổi và làm thế nào để ước tính thông tin trên đường. Dựa vào đề xuất [1] sử dụng cảm biến dòng để ước lượng thông tin trên đường, tương tự như khi đo mô-men xoắn.

 Tín hiệu cường độ tại động cơ RW chứa các thuộc tính lốp xe, tình trạng đường, mô men góc đặt bánh xe và động lực học của xe.

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 35

 Ngoài ra, các đặc tính này chi phối cảm giác lái trong hệ thống lái thông thường. Do đó, dựa trên tín hiệu cảm biến dòng để tái hiện cảm giác lái cho người lái xe. Trong nghiên cứu này, điều khiển trợ lực lái được phát triển để duy trì lợi ích.

- Đối với một nam châm vĩnh cửu hoặc sự chuyển hướng của động cơ điện DC, cường độ dòng điện của động cơ điện tăng tuyến tính với tải mô-men như trong phương trình (9).

oto . . (9)

m r i Kt

  

Trong đó:

-Mô-men xoắn đầu ra của động cơ điện DC i - Cường độ dòng điện động

t

K

- Hệ số mô-men của động cơ điện  - Hiệu suất động cơ điện động cơ

Trong phương trình (9), giá trị của tín hiệu dòng điện phụ thuộc vào tải trọng áp dụng (hoặc mô-men xoắn) trên trục động cơ điện.

Mô-men xoắn này có chứa các thuộc tính của tình trạng đường, mô men của góc đặt bánh xe và động lực của hệ thống lái.

Ngoài ra, các đặc tính này chi phối cảm giác lái trong các hệ thống lái thủy lực hoặc điện tử.

- Chúng tôi đề xuất một sơ đồ trong hình 32 để đo cường độ dòng điện tại động cơ cơ cấu lái.

Dòng điện này được áp dụng trong phương trình (10) trong phần tiếp theo để tạo lại cảm giác lái cho các hệ thống lái không trục lái.

Trong phương pháp đo lường được đề xuất, một bộ cảm biến dòng được kết nối để đo tín cường độ dòng điện tại động cơ RW.

Để tạo ra thông tin phản hồi thực tế, tốc độ xe và góc quay vô lăng được sử dụng để tạo thông tin phản hồi lực tác dụng.

 Để làm cho vô lăng quay ổn định và dễ dàng được kiểm soát, một thuật toán điều khiển về vị trị trí chuyển động của vô lăng khi buông tay được phát triển dựa trên các góc quay vô lăng.

motor



Bộ khuếch đại

Từ vị trí điều khiển

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 36

- Để đo dòng tại cơ cấu lái chúng tôi [1] đề xuất dùng cảm biến dòng ACS712 được phân phối bởi hocdelam group.

Hình 3.8:Mối liên hệ giữa điện áp và dòng điện trong cảm biến ACS712

Hoạt động cảm biến dòng ACS712: Dựa vào sơ đồ Hình 2.7 sẽ hiểu về hoạt động của cảm biến dòng. Khi mô-men cản tại động cơ tăng thì dòng điều khiển cơ cấu lái cũng tăng theo, cảm biến dòng được mắc nối tiếp với động cơ nên cũng tăng theo, căn cứ vào hình 2.8 khi dòng tăng thì điện áp đầu ra của cảm biến dòng tăng theo và gửi tín hiệu đó về bộ vi xử lý để thông báo sự thay đổi.

Điện áp đầu ra so với dòng hiện tại

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 37

3.2.4.2 Sự tái tạo cảm giác lái

- Theo tác giả [1] mô tả mô-men phản hồi lực của HW ở phương trình (10).

as

.( . ) (10)

feedback Gfeel K it sit fc ltl

       

Trong đó :

- Mô-men phản hồi cảm giác lái

feel

G - Hằng số cảm giác

t

K - Hằng số mô-men của động cơ điện

i - Cường độ dòng điện

assit

 - Mô-men trợ lực

fc

 - Mô-men điều khiển tự do

ltl

 - Mô-men khóa vô lăng

- Trong hệ thống lái có trợ lực, mô-men trợ lực tạo ra cần cho mục đích giảm phản hồi lực ở tốc độ thấp hoặc tăng ở tốc độ cao. Do đó, mô-men trợ lực được giới thiệu ở phương trình (11).

2

w

assist sign(hw).Ka.hw sign(h ).K Vv. v (11)

   Trong đó: assist  - Mô-men trợ lực hệ thống lái SWB a K - Hệ số góc HW w h  - Góc vô lăng v K - Hệ số vận tốc v V - Vận tốc của xe

- Từ phương trình (10),(11) tổng phản hồi lực được tạo ra. Để điều chỉnh phản hồi lực này ta thực hiện qua ba bước:

feedback

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 38

Lực ban đầu được đo từ cường độ dòng điện

Thay đổi Ka, Kv để đạt được mức độ lực mong muốn.

Thay đổi hai hệ số Gfeel,Kfc để được thông tin phản hồi chính xác.

- Một số hệ số sẽ được chọn trong nghiên cứu được cung cấp trong bảng thông số mô phỏng sau [1].

2 2 w: 0.019 ( . / )

J kg m s Hằng số quán tính của hệ thống lái

w: 0.368 ( )

b Nms Hằng số động học của hệ thống lái

:1

feel

G Hằng số này lựa chọn trên cảm giác thoải mái của người lái

: 0.581 ( / )

t

K Nm Amp Chọn từ thông số động cơ DC

: 0.3

a

K Hệ số phụ chọn dựa trên lượng momen xoắn mong muốn và thông tin momen xoắn phản hồi

: 3 v K : 60 ( / ) v V km h Một vận tốc cố định chọn cho mô phỏng trong phần này : 0.03 fc

K Chọn dựa trên biểu hiện của điều khiển tự do. Trong trường hợp tốt nhất, hệ số đảm bảo dao động nhỏ nhất của HW trong điều khiển tự do.

: 5.5 : 0.08

p d

K K Hệ số này của điều khiển PD,

phương pháp chọn lựa: Ziegler– Nichols.

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 39

Bảng 1: Các thông số dùng trong mô phỏng

- Mô-men điều khiển tự do vô lăng.

Sau khi xe quay vòng sang trái hoặc sang phải thì vô lăng phải hồi về vị trí giữa một cách nhanh và êm. Dựa vào đặc điểm đó chúng tôi [8] đề xuất một mô-men điều khiển vôlăng, mô-men đó được gọi là mô-men điều khiển tự do. Mô-men điều khiển tự do được tạo ra bởi hệ số điều khiển tự do Kfcvà góc vô lăng hw .

Mô-men điều khiển tự do được thể hiện trong phương trình (12).

w . (12) fc Kfc h    Trong đó: fc

 - Mô-men điều khiển tự do

fc

K - Hệ số điều khiển tự do

hw

 - Góc xoay vô lăng - Mô-men khóa vô lăng

Những hệ thống lái cơ khí bình thường điều có vị trí khóa vô lăng, để báo cho người lái biết góc đánh lái đang ở vị trí lớn nhất. Đối với hệ thống lái không trục tác giả [1] đề xuất mô-men khóa vô lăng nhằm đảm bảo an toàn cho xe.

Mô-men khóa vô lăng được thể hiện trong phương trình (13).

w w w w w w ef . , ê' 0 à (13) . , ê'u 0 à lock h h h right ltl lock h h h l t K n u v K n v                  Trong đó: lock

K - Hệ số điều chỉnh khóa vô lăng

w

h

 - Khoảng lệch tăng của góc vô lăng so với góc khóa vô lăng

w

h

 - Góc xoay vô lăng

ef

à

rightv l t

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 40

Hoạt động của mô-men khóa vô lăng hệ thống lái không trục: khi người lái xoay vô lăng lớn hơn góc rightvàleft thì một mô-men ltl được tạo ra với độ

lớn phụ thuộc vào Klock và hwtác động động cơ HW. Mô-men này đủ lớn để

vô lăng không thể xoay được nữa, tạo ra trạng thái khóa vô lăng.

CHƯƠNG IV:XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI – TỪ XA

4.1 Lập trình tái tạo cảm giác lái 4.1.1 Giao diện điều khiển 4.1.1 Giao diện điều khiển

Phần giao diê ̣n điều khiển bao gồm 2 phần Server và Client.

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 41

Hình 4.1: Giao diện truyền nhận tín hiệu bên server

 Nguyên lý hoạt dộng

- Khi chương trình hoa ̣t đô ̣ng thì tín hiê ̣u góc lái của mô hình Server sẽ truyền qua WIFI. Muốn truyền qua WIFI thì phải khai báo port truyền giống với port nhâ ̣n - Server sẽ nhâ ̣n phản hồi tín hiê ̣u cảm biến dòng và góc lái xe quân sự thông qua

khai báo port phản hồi và IP phản hồi.

- Camera phản hồi hình ảnh về thông báo thông tin cho người điều khiển. - Khung nút điều khiển:

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 42

Nút thiết lập lại có chức năng xác lập vị trí ban đầu của góc vô lăngmô hình server.

Nút khởi động có chức năng cho phép tạo cảm giác trên mô hình server.

 Phần 2: là giao diê ̣n Client của đề tài.

Hình 4.2: Giao diện truyền nhận tín hiệu bên Client

 Nguyên lý hoạt động

Khung thông số hoa ̣t đô ̣ng có tác du ̣ng thiết lâ ̣p thông số hoa ̣t đô ̣ng của xe quân sự.

Khung thông số nhâ ̣n có tác du ̣ng nhâ ̣n góc mô hình vô lăng bên Server gửi xuống để điều khiển hướng xe quân sự.

Khung thông số truyền có chức năng truyền dòng i và góc lái xe quân sự lên server để thay đổi cảm giác lái.

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 43

4.1.2 Giao diện lập trình mô hình

Cũng như giao diê ̣n hiển thi ̣, giao diê ̣n lâ ̣p trình mô hình gồm 2 phần giao diê ̣n lâ ̣p trình Server và giao diê ̣n lâ ̣p trình Client.

 Giao diện lâ ̣p trình bên server.

Hình 4.3: Lưu đồ thuật toán dùng để lập trìnhtính toán mô-men phản hồi tạo cảm giác lái

Nguyên lý Hoạt động:

Sau khi nhận tín hiệu phản hồi góc RW bên cơ cấu lái, giá trị dòng i từmáy Clienttruyền về và kết hợp với góc HW trên vô lăng điều khiển thì thuật toán sẽ tính toán được giá trị mô men tạo lên vô lăng điều khiển nhằm tạo ra cảm giác lái xác thực trên vô lăng.

Hình 4.4: Giao diện tính toán mô-men phản hồi tạo cảm giác lái

 Nguyên lý Hoạt động: Thuật toán tính toán momen phản hồi dựa vào cảm biến dòng Góc HW Góc RW phản hồi Cảm biến dòng I phản hồi

Cơ cấu tạo mô men trên vô lăng điều khiển

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 44 Lập trình trên hình 4.4 sẽ tính toán góc vô lăng trên mô hình server, sau đó tuyền tính hiê ̣u góc lái qua Client thông qua phương thức TCP.

Hình 4.5: Lưu đồ thuật toán dùng để lập trình truyền nhận dữ liê ̣u bên server

 Nguyên lý Hoạt động:

Tín hiệu góc quay vô lăng HW được gửi tới Client qua bộ phận phát WIFIbên server để tính toán điều khiển góc quay RW của cơ cấu lái. Đồng thời, bộ thu dữ liệu bên sever sẽ nhận dữ liệu phản hồi dòng i, hình ảnh, góc quay RW ở cơ cấu láitừ máy Client để tính toán mô men phản hồi trên vô lăng điều khiểncũng đưa dữ liệu hình ảnh lên cửa sổ giao diện với người điều khiển.

Bộ phát WIFI- truyền dữ liệu tính toán bên sever Góc HW Bộ thuWIFI - nhận dữ liệu tính toán bên sever Dòng i Hình ảnh phản hồi Góc RW Tới Client Từ Client

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 45

Hình 4.6: Giao diện truyền nhận dữ liê ̣u bên server

Nguyên lý Hoạt động:

Lập trình trong hình 4.6 sẽ thực hiê ̣n việc nhâ ̣n tín hiê ̣u từ cảm biến dòng và góc lái xe quân sự truyền về để tính toán phản hồi cảm giác lái cho mô hình bên server.Như vâ ̣y, sự truyền nhâ ̣n qua la ̣i giữa server và client sẽ có đô ̣ trễ, sự châ ̣m trễ này được tính toán phần sau.

 Giao diện lâ ̣p trình bên Client.

Hình 4.7: Lưu đồ thuật toán dùng để lập trình điều khiển góc lái

 Nguyên lý Hoạt động: Thuật toán so sánh góc HW và RW Tín hiệu Góc HW Góc RW phản hồi Phát wifi Thu wifi Cơ cấu điều khiển góc RW Tín hiệu điều khiển

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 46 Khi người lái xoay vô lăng, thì tín hiệu góc lái này (góc HW) được máy bên server thu nhận. Tiếp theo tín hiệu này được bộ phát và thu WIFI truyền đi đến máy bên client, tại đây tín hiệu này được thuật toán so sánh góc HW và RW. Từ đó sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến cơ cấu lái để diều khiển góc lái RW ứng với góc xoay của HW.Trong quá trình cơ cấu lái làm việc, thì tín hiệu phản hồi góc lái RW luôn được gửi về để thuật toán so sánh với góc lái HW. Quá trình cứ thế diễn ra và kết thúc khi góc lái HW và RW tương ứng với nhau.

Hình 4.8: Giao diện lập trình điều khiển góc lái xe quân sự

Nguyên lý Hoạt động:

Lập trình trong hình 4.8 sẽ tính toán góc lái RW cần điều khiển ở cơ cấu lái trên cơ sở dựa vào tín hiê ̣u góc lái HW của vô lăng trên mô hình bên server truyền xuống. Bộthu wifi: nhận dữ liệu tính toán bên client Tín hiệu điều khiển

từ sever Cơ cấu điều khiển góc lái RW Bộ phát wifi: truyền dữ liệu tính Tín hiệu phản hồi đến sever Cảm biến góc RW

GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải Trang 47

Hình 4.9: Lưu đồ thuật toán dùng để lập trìnhtruyền nhận bên Client

 Nguyên lý Hoạt động:

Khi người lái xoay vô lăng, thì tín hiệu góc lái này (góc HW) được máy bên server thu nhận. Tiếp theo tín hiệu này được bộ phát và thu WIFI truyền đi đến máy bên client, tại đây tín hiệu này được thuật toán so sánh góc HW và RW. Từ đó sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến cơ cấu lái để diều khiển góc lái RW