CÁC MÔ HÌNH MA SÁT SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU
3.4.2. Kết quả nghiên cứu mô phỏng ảnh hưởng của mô hình ma sát
Trong phần này, các kết quả mô phỏng các đặc tính động lực học của xy lanh khí nén sử dụng ba mô hình ma sát được trình bày,và so sánh với các kết quả thực
nghiệm với cùng điều kiện đầu vào đểđánh giá ảnh hưởng của từng mô hình ma sát
đến khảnăng mô phỏng động lực học của xy lanh khí nén.
Hình 3.19 là sự so sánh giữa các đặc tính đo đạc của vị trí pít-tông, áp suất p1
trong khoang xy lanh, lực ma sát và các đặc tính mô phỏng theo ba mô hình ma sát khi cung cấp tín hiệu điện áp thấp và không đổi điều khiển hai van tỉ lệ. Từ Hình 3.19a ta thấy rằng chuyển động “dính-trượt” của pít-tông có thể được mô phỏng
70
tương đối tốt bằng mô hình RLuGre trong khi chuyển động “dính - trượt” có thể
được mô phỏng một phần bởi mô hình LuGre. Số chu kỳtrượt của chuyển động pít-
Hình 3.17. Các kết quả đo đạc và tính toán tại các điều kiện hoạt động u1 = 2.99
VDC; u2 = 2.09 VDC và M =1.5 kg: a). Độ dịch chuyển của pít-tông x, b). Các áp suất trong khoang xy lanh p1 và p2, c). Lực quán tính Fa, d). Lực ma sát Fr
71
Hình 3.18. Các kết quả đo đạc và tính toán tại các điều kiện hoạt động u1 =2.5 +
0.5sin(2πft) (VDC), u2 = 2.5 – 0.4sin(2πft) (VDC), f = 0.2 Hz; M = 1.5 kg: a). Độ dịch chuyển của pít-tông x, b). Các áp suất trong khoang xy lanh p1 và p2, c). Lực quán tính Fa,
72
Hình 3.19. So sánh giữa các kết quả đo được và tính toán về độ dịch chuyển của pít-
tông, áp suất, lực ma sát và các kết quả tương ứng được mô phỏng với ba mô hình ma sát: a). Độ dịch chuyển của pít-tông x, b). Áp suất p1, c). Lực ma sát Fr (M = 0.5 kg, u1 = 2.875
VDC, u2=2.19 VDC)
tông được mô phỏng bằng mô hình LuGre ít hơn so với mô hình RLuGre. Mô hình
SS không thể mô phỏng được chuyển động “dính-trượt” của pít-tông; mô hình SS
73
nhiều dao động được quan sát thấy trong đặc tính lực ma sát khi mô phỏng bằng mô
hình SS như trong Hình 3.19c. Những hạn chế như vậy của mô hình SS có thể là do thiếu đặc tính ma sát dính kết hợp trong mô hình. Những kết quả này thu được trong Hình 3.19 chứng tỏ khả năng mô phỏng tốt hơn của mô hình RLuGre so với mô hình LuGre và mô hình SS khi pít-tông được hoạt động ở dải vận tốc thấp.
Hình 3.20 so sánh các đặc điểm đo được về vị trí pít-tông, áp suất p1 và p2 trong khoang xy lanh, lực ma sát với các kết quả mô phỏng khi sử dụng ba mô hình ma
sát ở các điều kiện hoạt động sau của tín hiệu điều khiển van: u1 = 2.5 + 0.5sin(2πft)
(VDC) và u2 = 2.5 – 0.4sin(2πft) (VDC). Tần số của tín hiệu điều khiển van là 0.2 Hz và tải khối lượng là 0.5 kg. Kết quả so sánh cho thấy cả mô hình RLuGre và mô hình LuGre đều cho kết quả mô phỏng giống nhau và có thể mô phỏng các đặc tính đo được với độ chính xác tương đối tốt. Cần lưu ý rằng trong mô hình RLuGre, động lực màng bôi trơn được thêm vào mô hình LuGre để mô phỏng sự giảm lực ma sát tối đa quan sát được sau một chu kỳ thay đổi vận tốc trong xy lanh thủy lực. Tuy nhiên, sự giảm lực ma sát tối đa này không quan sát được bằng thực nghiệm đối với xy lanh khí nén như trong Hình 3.18d và Hình 3.20d. Do đó, tính hữu ích của mô hình RLuGre so với mô hình LuGre không thể được nhận ra đối với xy lanh khí nén khi pít-tông hoạt động ở chế độ trượt và trong các điều kiện vận tốc khác nhau với sự đảo chiều. Đối với các kết quả mô phỏng của mô hình SS, có thể nhận
ra rằng mô hình SS cũng có thể mô phỏng tốt vị trí của pít-tông (Hình 3.20a). Tuy
nhiên, áp suất và lực ma sát khi mô phỏng bằng mô hình SS nhỏ hơn nhiều so với
áp suất đo được. Ngoài ra, mô hình SS gây ra nhiều dao động tại khoảng dừng của
pít-tông trong đặc tính lực ma sát như trong hình 3.21d.
Hình 3.21 trình bày sự so sánh giữa các đặc tính đo được của pít-tông và các đặc tính mô phỏng theo ba mô hình ma sát khi tín hiệu điện áp điều khiển hai van tỉ
lệ được thay đổi với dạng sóng hình sin có tần số f = 1 Hz. Nó cho thấy rằng các kết
quả mô phỏng tương tự như thu được trong Hình 3.20cũng có thể đạt được bằng ba
mô hình ma sát trong Hình 3.21. Do đó, kết quả mô phỏng thu được từ Hình 3.19
đến 3.21 xác minh rằng mô hình RLuGre là tốt nhất cho xy lanh khí nén trong ba
74
Hình 3.20. So sánh giữa các kết quả đo được và tính toán về độ dịch chuyển của pít-
tông, áp suất, lực ma sát và các kết quả tương ứng được mô phỏng với ba mô hình ma sát: a). Độ dịch chuyển của pít-tông x, b). Áp suất p1, c). Áp suất p2, d). Lực ma sát Fr (M = 0.5 kg, u1 = 2.5 + 0.5sin(2πft) (VDC), u2 = 2.5 – 0.4sin(2πft) (VDC), f = 0.2 Hz.
75
Hình 3.21. So sánh giữa các kết quả đo được và tính toán về độ dịch chuyển của pít-
tông, áp suất, lực ma sát và các kết quả tương ứng được mô phỏng với ba mô hình ma sát: a). Độ dịch chuyển của pít-tông x, b). Áp suất p1, c).Áp suất p2, d). Lực ma sát Fr (M = 0.5
76
3.5. Kết luận Chương 3
Chương 3 tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của ba mô hình ma sát (mô hình ma
trạng thái ổn định, mô hình ma sát LuGre, mô hình ma sát LuGre cải tiến) trong mô
phỏng động lực học xy lanh khí nén. Chương 3 đã thực hiện được các vấn đề sau:
- Xây dựng một hệ thống tựđộng điều khiển điện – khí nén thực nghiệm đểđo
đạc các đặc tính động lực học của xy lanh. Các đặc tính đo đạc được sử dụng để
đánh giá ảnh hưởng của các mô hình ma sát đến khả năng mô phỏng đặc tính hệ
thống tựđộng điều khiển điện – khí nén;
- Xây dựng mô hình toán học chung của hệ thống tựđộng điều khiển điện – khí nén;
- Xây dựng chương trình mô phỏng hệ thống tựđộng điều khiển điện – khí nén bằng phần mềm MATLAB/Simulink;
- Tiến hành mô phỏng, so sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm dưới
các điều kiện hoạt động khác nhau của vận tốc xy lanh, và đánh giá ảnh hưởng của
từng mô hình ma sát.
Nghiên cứu trong chương 3 đạt được các kết quả sau:
- Hiểu rõ được các đặc tính động lực học của hệ thống tựđộng điều khiển điện –
khí nén;
- Xây dựng thành công một chương trình mô phỏng đối với hệ thống TĐKN bằng phần mềm MATLAB/Simulink;
Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng:
i) Mô hình ma sát trạng thái ổn định không thể đoán được đặc tính chuyển
động dính trượt cũng như gây ra hiện tượng nhiễu trong các đặc tính vận tốc
và đặc tính ma sát.
ii) Mô hình LuGre có thể mô phỏng một phần chuyển động dính-trượt của pít- tông tại điều kiện vận tốc thấp;
iii) Mô hình ma sát LuGre cải tiến có thể mô phỏng chính xác các đặc tính hoạt động của xy lanh khí nén;
iv) Mô hình ma sát LuGre cải tiến là mô hình ma sát phù hợp nhất để mô phỏng
đặc tính động lực học xy lanh khí nén trong sốba mô hình ma sát được khảo
77
CHƯƠNG 4
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MA SÁT TRONG