3.2.2.1. Một số khái niệm
Chất lượng của một hệ thống điều khiển được đánh giá qua 2 chế độ: + Quá trình quá độ: là quá trình chuyển trạng thái của hệ thống
+ Chế độ xác lập: là chế độ khi hệ thống có tác động đầu vào và sau khi hết quá trình quá độ thì hệ thống sẽ thiết lập một trạng thái ổn định mới. Ở đây ta đánh giá chất lượng hệ thống với hàm kích động dạng bậc thang (step), tại t = 0 hàm kích động βv(t) nhảy cóc lên giá trị v t.
Thông số xe (lấy trong tài liệu tham khảo [7]):
" a ' ' Với xe này ta có:
Theo (3.46) hệ thống ổn định. Do vậy ta chỉ đánh giá quá trình quá độ của hệ thống.
Một số tham số để đánh giá quá trình quá độ:
+ Thời gian lên (tr): là thời gian cần thiết để đáp ứng của hệ thống tăng từ 10% đến 90%.
+ Thời gian quá độ (tq đ): là thời gian cần thiết để sai lệch giữa đáp ứng của hệ thống và giá trị xác lập của nó không vượt quá 2%. Trong một hệ
! ! "
thống điều khiển tq đ phải nhỏ hơn (2 3) chu kì dao động quanh giá trị xác lập.
& )
+ Độ quá điều chỉnh (PO): là sai lệch cực đại trong quá trình quá độ so với giá trị xác lập, tính theo đơn vị phần trăm. Trong một hệ thống điều khiển độ quá điều chỉnh phải nhỏ hơn 25%.
3.2.2.2. Đánh giá quá trình quá độ của hệ thống.
Thay vào các biểu thức (3.43)(3.44)(3.45) ta được hàm truyền theo góc quay vành lái .
! "
Sử dụng các hàm truyền này để viết chương trình trên MATLAB. Chương trình được viết trong file dkd.m ở phần phụ lục. Sau khi chạy chương trình ta được các đặc tính quá độ.
a.Đặc tính quá độ của vận tốc góc quay thân xe
$ ( Từ đồ thị ta thấy:
+ Giá trị xác lập là: 0.255 + Thời gian lên: tr = 0.242s + Thời gian quá độ: tq d = 0.37s. + Độ quá điều chỉnh: PO 0
" ! "
Kết luận: Quá trình quá độ hệ thống ổn định, thời gian lên và thời gian
quá độ ngắn(tq d = 0.37s), độ quá điều chỉnh PO . Do vậy mà đáp ứng quá độ tốt, không cần xây dựng bộ điều khiển.
b.Đặc tính quá độ của góc lệch hướng chuyển động
! $ Từ đồ thị ta thấy:
+ Thời gian lên: tr = 0.233 - 0.013= 0.22 (s) + Thời gian quá độ: tq đ = 0.313 (s)
+ Độ quá điều chỉnh: P.O.
Kết luận: Quá trình quá độ hệ thống ổn định, thời gian lên và thời gian
quá độ ngắn (tq d = 0.313s), độ quá điều chỉnh PO . Do vậy mà tq d và PO nằm trong giới hạn cho phép. Vì vậy mà hệ thống không cần xây dựng bộ điều khiển.
! "
c.Đặc tính quá độ của gia tốc bên
Từ đồ thị ta thấy:
Tại t = 0 có bước nhảy với giá trị + Thời gian lên: tr có giá trị rất nhỏ + Thời gian quá độ: tq d = 0.735s
+ Độ quá điều chỉnh: P.O = (yma x - yx l)/yx l = (7.9 – 3.83)/3.83 = 106%
Kết luận: Quá trình quá độ hệ thống ổn định, thời gian quá độ ngắn (tq d
= 0.735s), độ quá điều chỉnh PO = 106% quá lớn. Độ quá điều chỉnh lớn hơn 25%. Do vậy cần phải xây dựng bộ điều khiển để giảm độ quá điều chỉnh nằm trong phạm vi cho phép.
! "
KẾT LUẬN
Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu đề tài thu được nhưng kết quả sau:
Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động, các bộ phận cơ bản của một hệ thống lái nói chung. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cơ cấu lái thường dùng (như cơ cấu lái: trục vít - con lăn, trục vít - ê cu - bi - cung răng, bánh răng - thanh răng). Phân tích được tác dụng của các tham số góc đặt bánh xe.
Hệ thống lái cơ học loại thường và hệ thống lái có trợ lực (không có điều khiển ): Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trục vít - bánh vít, hệ thống lái bánh răng - thanh răng, hệ thống lái có bộ trợ lực loại khí nén, bộ trợ lực thủy lực, bộ trợ lực điện. Từ đó đưa ra những đánh giá về hệ thống lái đó.
Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử: Tìm hiểu được các bộ phận chính, nguyên lý hoạt động, ưu điểm của một hệ thống lái có điều khiển điện tử so với hệ thống lái không có điều khiển.
Xây dựng được phương trình động lực quay vòng cho mô hình toàn xe và mô hình một vệt bánh xe.
Đưa ra được những hàm truyền của các tham số chuyển vị của ô tô (như góc lệch, vận tốc góc quay thân xe, gia tốc bên) ở các chế độ quay vòng đều (điều khiển tĩnh) và quay vòng động (điều khiển động). Từ đó xác định được các đường đặc tính tốc độ của xe. Trên cơ sở này đưa ra những nhận xét đánh giá phản ứng của ô tô tại các vận tốc khác nhau khi quay vòng, đưa ra những lời khuyên để đảm bảo quỹ đạo chuyển động và ổn định cho xe khi chuyển hướng.
Đánh giá được độ ổn định, chất lượng quá độ của các tham số chuyển vị của xe khi quay vòng động (điều khiển động).
! "
Phương hướng phát triển đề tài:
Sau quá trình thực hiện đề tài, do trình độ và thời gian có hạn nên em chỉ tập trung tìm hiểu và nghiên cứu được các vấn đề nêu trên. Vì vậy mà đề tài có thể phát triển theo phương hướng sau.
Tiếp tục tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn về hệ thống lái có điều khiển điện tử. Nguyên lý cấu tạo của từng bộ phận trên hệ thống lái này. Xây dựng bộ điều khiển cho chuyển vị gia tốc bên để đảm bảo độ quá điều chỉnh cho hệ thống nằm trong phạm vi cho phép.
Trong thực tế tác động của gió tới động lực học của xe khi chạy với tốc độ cao là rất lớn. Do vậy nên nghiên cứu đánh giá động lực học quay vòng có xét tới ảnh hưởng của lực cản gió bên.
! "
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lý thuyết ô tô máy kéo
Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê thị Vàng, Du quốc Thịnh.
Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật 2005 [2]. Kết cấu và tính toán ô tô
Ngô Hắc Hùng
Nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội – 2008 [3]. Lý thuyết ô tô
Nguyễn Ngọc Lâm
Nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội – 1984
[4]. Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô PTS.TS. Nguyễn khắc Trai
Nhà xuất bản giao thông vận tải 1997
[5]. Bài giảng mô phỏng thiết kế hệ thống tự động ThS. An Tri Tân
Trường đại học giao thông vận tải [6]. Cơ sở thiết kế ô tô
PTS.TS. Nguyễn khắc Trai Nhà xuất bản giao thông vận tải
[7]. Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu ứng dụng cơ – điện tử trong hệ thống lái ô tô”
! "
SV. Trịnh Thanh Nga
Lớp: Cơ - điện tử k45 Trường đại học giao thông vận tải [8]. Vehicle Dynamics and Control
Rajesh Rajamani
University of Minnesota, USA Website tham khảo:
http://autovietnam.wordpress.com http://tailieu.vn http://www.khoahoc.com.vn http://www.caronline.com.vn http://www.ebook.edu.vn http://www.carinfo.vn http://autovina.vn
! "
PHỤ LỤC
File dkt.m
% thong so ban dau cua xe
v=0:0.2:150; % van toc xe thay doi tu 0 den 150 (m/s)
m=1573; % khoi luong xe (kg)
l=2.68; % khoang cach tu cau truoc toi cau sau cua xe (m)
a=1.1; % chieu dai cau truoc (m)
b=1.58; % chieu dai cau sau (m)
il=17; % ti so truyen he thong lai
nsk=0.1; % tong khoang dich chuyen truoc cua tam tru dung va khoang
dich sau cua duong tam phan luc ben (m)
cat=80000; % he so do cung goc lech ben cua banh xe cau truoc (N/rad)
cas=80000; % he so do cung goc lech ben cua banh xe cau sau (N/rad)
% tinh toan cac tham so
k=m*(cas*b-cat*a)/(cat*cas*l); % cong thuc tinh k
epsi=v./(il.*(l+k*(v.^2))); % ham truyen van toc goc quay than xe
goclech=epsi.*((b./v)-(m*a.*v./(cas*l))); % ham truyen goc lech ben cua
trong tam o to
giatocben=(v.^2)./(il.*(l+k.*v.^2)); % ham truyen gia toc ben
% ve do thi duong dac tinh toc do van toc goc quay than xe
plot(v,epsi)
title('do thi dac tinh toc do van toc goc quay than xe')
xlabel('V(m/s)')
! "
grid
% do thi dac tinh toc do goc lech ben cua trong tam o to
figure
plot(v,goclech)
title('do thi dac tinh toc do goc lech ben cua trong tam o to')
xlabel('V(m/s)')
ylabel('(rad)/rad')
grid
% do thi dac tinh toc do gia toc ben
figure
plot(v,giatocben)
title('do thi dac tinh toc do gia toc ben cua o to')
xlabel('V(m/s)')
ylabel('[(m/s2)/rad]')
! ! " File dkd.m % thong so xe v=15; % van toc xe (m/s) m=1573; % khoi luong xe (kg)
l=2.68; % khoang cach hai cau xe(m)
a=1.1; % chieu dai cau truoc (m)
b=1.58; % chieu dai cau sau (m)
il=17; % ti so truyen he thong lai
jz=2873; % mo men quan tinh cua xe (kg.m2)
nsk=0.1; % tong khoang dich chuyen truoc cua tam tru dung va sau
cua duong tam phan luc ben (m)
cat=80000; % he so do cung goc lech ben cua banh xe cau truoc (N/rad)
cas=80000; % he so do cung goc lech ben cua banh xe cau sau (N/rad)
% tinh cac tham so tinh
k=m*(cas*b-cat*a)/(cat*cas*l); epsi=v./(il.*(l+k*(v.^2))); goclech=epsi.*((b./v)-(m*a.*v./(cas*l))); giatocben=(v.^2)./(il.*(l+k.*v.^2)); cosi=v*(m*(cat*a^2+cas*b^2)+jz*(cat+cas))/(2*jz*m*v^2); w02=(cat*cas*l^2+m*(cas*b-cat*a)*v^2)/(jz*m*v^2); Tepsi=m*a*v/(cas*l); Tanpha=jz*v/(cas*b*l-m*a^2*v); T1y=b/l;
! "
T2y=jz/(cas*l); T1=(2*cosi)/w02; T22=1/w02;
% ve do thi dac tinh qua do cua van toc goc quay than xe
Fepsi=epsi*tf([Tepsi 1],[T22 T1 1]); step(Fepsi)
% do thi dac tinh qua do goc lech ben
Fanpha=goclech*tf([Tanpha 1],[T22 T1 1]); figure
step(Fanpha)
% dac tinh qua do gia toc ben
Fy=giatocben*tf([T2y T1y 1],[T22 T1 1]) figure