ma sát do đó có thể mô phỏng chính xác các đặc tính động lực học của xy
lanh. Kết quả này cũng chứng minh rằng mô hình LuGre cải tiến là mô hình ma sát phù hợp nhất có thể sử dụng trong mô phỏng đặc tính hoạt động của xy lanh khí nén trong sốba mô hình ma sát được khảo sát;
110 4) Nghiên cứu đã xây dựng được một chương trình mô phỏng bằng phần mềm MATLAB/Simulink cho toàn bộ hệ thống tựđộng điều khiển điện – khí nén.
Đối với vấn đề nghiên cứu thứ hai, Luận án đã đề xuất một bộđiều khiển vị trí xy
lanh mới bằng cách sử dụng phương pháp điều khiển đa mặt trượt kết hợp với một bộ bù ma sát dựa trên mô hình ma sát LuGre. Tổng hợp bộđiều khiển và phân tích tính ổn định của hệ thống điều khiển được thực hiện chi tiết trong Luận án. Bộđiều
khiển mới được kiểm chứng cả bằng mô phỏng lẫn thực nghiệm. Kết quả nghiên
cứu đã chỉ ra tính hiệu quả của phương pháp điều khiển mới so với phương pháp
điều khiển đa mặt trượt không có bù ma sát và bộđiều khiển khác, cụ thể:
1) Đối với đầu vào vị trí mong muốn dạng bước không đổi với biên độ thay
đổi trong phạm vị hành trình 300 mm, sai số vị trí tương đối điều khiển bằng bộđiều khiển mới có thểđạt đến 0.32% ứng với sai sốđịnh vị tuyệt đối là 0.8 mm;
2) Đối với đầu vào vị trí mong muốn thay đổi dạng song hình sin với biên
độ thay đổi trong phạm vị hành trình của xy lanh và tần sốthay đổi đến 1
Hz, bộ điều khiển mới có thểđạt sai số vị trí tương đối nhỏ nhất đến 2.5
% tương ứng với sai số vị trí tuyệt đối 5 mm;
3) Bằng cách kết hợp với bù ma sát, bộđiều khiển mới có thể giảm tới 14% sai số vị trí tuyệt đối và có thể giảm đến 6,5% sai số vị trí trung bình bình
phương so với của bộ điều khiển MSSC không có bù ma sát với đầu vào
mong muốn hình sin;
4) Bộ điều khiển mới có khả năng điều khiển tốt hơn so với bộ điều khiển
MSSC trong các điều kiện hoạt động khác nhau về tải tác dụng và áp suất
nguồn khí.
2. Kiến nghị
Từ các kết quả đạt được trong nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, Luận án
đưa ra một số kiến nghị sau:
1. Mô hình ma sát LuGre cải tiến (RLuGre) cho kết quả mô phỏng tốt các đặc
111 được áp dụng trong nghiên cứu mô phỏng hoặc thiết kế các hệ thống truyền động khí nén nói chung;
2. Chương trình mô phỏng được phát triển trong nghiên cứu này có thể được
ứng dụng để mô phỏng các hệ thống TĐKN nói chung;
3. Bộđiều khiển mới có thể được xem xét ứng dụng trong thiết kế các máy và
112
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
CỦA LUẬN ÁN
1. Nguyễn Văn Lại, Đào Huy Thương, Trần Xuân Bộ, Trần Khánh
Dương (2016), Ảnh hưởng của mô hình ma sát đến độ chính xác mô phỏng
chuyển động của xy lanh khí nén, Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học
Cơ học Thủy khí Toàn quốc lần thứ 19, Hanoi, T7/2016, trang. 324-331,
ISBN: 978-604-95-0226-2.
2. Nguyễn Văn Lại, Trần Xuân Bộ, Trần Khánh Dương (2018), Ảnh hưởng của mô hình ma sát đến mô phỏng hệ thống lái trợ lực thủy lực, Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, Số 9(130), trang: 36-40, ISSN: 1859-1531.
3. Nguyen Van Lai, Tran Xuan Bo, Tran Khanh Duong (2018), Effect of friction models on simulation of hydraulic steering system, Proceedings of the First International Conference of Fluid Machinery and Automation Systems - ICFMAS, pp. 190-195, ISBN: 978-604-95-0609-3.
4. Tran, X. B., Nguyen, V. L., and Tran, K. D (2019), Effects of friction models on simulation of pneumatic cylinder, Mechanical Sciences, Vol. 10, pp. 517–528 (ISI- Q2 theo Scimago), https://doi.org/10.5194/ms-10-517- 2019.
5. Tran X.B., Nguyen V.L., Nguyen N.C., Pham D.T., Phan V.L. (2020),
Sliding Mode Control for a Pneumatic Servo System with Friction Compensation, In: Sattler KU., Nguyen D., Vu N., Tien Long B., Puta H. (eds) Advances in Engineering Research and Application, ICERA 2019. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 104. Springer, Cham, https://doi.org/10.1007/978-3-030-37497-6_75 (Indexed in Scopus).
113
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS. Phạm Văn Khảo (2007), “Truyền động tự động khí nén”, Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật - Hà Nội.
[2] Krivts IL and Krejnin GV (2006), “Pneumatic actuating systems for automatic equipment: structure and design”, Boca Raton: CRC/Taylor & Francis.
[3] Пашков Е.В, Осинский Ю.А, Четверкин А.А (2003), “Электропневмоавтоматика в производственных процессах”, Издательство СевНТУ. [4] Гринчар Н.Г. (2015), “Основы пневмопривода машин”, Учебно- методический центр по образованию на железнодорожном транспорте – МОСКВА. [5]https://baoanjsc.com.vn/Images/Upload/Tin%20hang/Tin%20cong%20ngh e/Robotics%20l%C3%A0%20g%C3%AC/Ung-dung-Robotics-1.jpg [6] https://theawesomer.com/photos/2019/02/festo_robot_hand_3.jpg [7]https://encrypted_tbn0.gstatic.com/images?q=tbn%3AANd9GcQAlNX0cB SNyQXnGDiuWw5kMmqyfl8DAQHlKg&usqp=CAU [8] https://i.ytimg.com/vi/BxF7-y94wco/maxresdefault.jpg [9] Донской А.С (2016), “Основы пневмоавтоматики”, Учеб. пособие. – СПб.: Изд-во Поли-техн. ун-та.
[10] Armstrong, H. B (1991), “Control of machines with friction”, Springer, Boston, https://doi.org/10.1007/978-1-4615-3972-8.
[11] Armstrong, H. B., Dupont P., and Canudas D. W. C (1994), “A survey of models, analysis tools and compensation methods for the control of machines with friction”, Automatica, 30(7), 1083-1138.
[12] V. van Geffen (2009), “A study of friction models and friction compensation”, Technische Universiteit Eindhoven – Eindhoven.
[13] O. Reynolds (1886), “On the theory of lubrication and its application to Mr. Beauchamp Tower’s experiments, including an experimental determination of the olive oil”, Phil. Trans. Royal Soc., Vol.177, pp. 157-234.
114
1831-1833”, Proceeding of the French Royal Academy of Sciences, Vol.4, pp. 1- 128.
[15] R. Stribeck (1902), “Die wesentlichen Eigenschaften der Gleit- und Rollenlager (Characteristics of Plain and Roller Bearings)”, Zeit. des VDI 46.
[16] Nguyễn Thùy Dương (2016), “Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát trong XLPTKN đến sai lệch vị trí của ổ cấp dao trên máy CNC trong điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam”, Luận án tiến sĩ Chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí – Đại học Bách Khoa Hà Nội.
[17] Canudas, D. W. C., Olsson, H., Astrom, K. J., and Linschinsky, P (1995),” A new model for control of systems with friction”, IEEE T. Automat. Contr., 40, 419-425, https://doi.org/10.1109/9.376053.
[18] Tran Xuan Bo (2011), “Dynamic Friction Behaviors of Fluid Power Actuators and Their Mathematical Model”, Dissertation, Doctor of Engineering, Toyohashi University of Technology.
[19] P. R. Dahl (1968), “A solid friction model”, The Aerospace Corporation, El Segundo, CA, Tech. Rep. TOR Vol. 158, pp. 3107-3118.
[20] P. R. Dahl (1976), “A solid friction damping of mechanical vibration”, AIAA Journal, Vol. 14, pp. 1675-1682.
[21] P. R. Dahl and J. H. Ly (2000), “Dynamic hysteresis modeling”, Proceeding of AIAA Modeling and Simulation Techologies Conference, Denver, CO, Aug, AIAA Paper AIAAA-2000-4094, pp. 14-17.
[22] Z. P. Bazant and P. Bhat (1976), “Endochonic theory of inelasticity and failure of concrete”, Journal of Engineering Mechanical Division ASCE, Vol. 12, No. EM4, pp. 701-722.
[23] F. Altpeter (1988), “Friction model, identification and compensation”, Ph.D. dissertation, Ecole Politechnique Federal de Lausanne, 1999 [Online]. Available: http://library.epfl.ch/theses/nr=1988.
[24] C. Canudas de Wit and P. Lischinsky (1997), “Adaptive friction compensation with parially known dynamic friction model”, International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, Vol. 11, No. 1, pp. 65-80.
115
compensation for passive systems based on the LuGre model”, in Proc. 2nd IFAC Workshop on Lagrangian and Hamiltonian Methods for Nonlinear Control, Seville, Spain, April, pp. 183-188.
[26] P. Lischinsky, C. Canudas de Wit, and G. Morel (1999), “Friction compensation for an industrial hydraulic robot”, IEEE Control Systems Technology, Vol. 19, No. 1, pp. 25-33.
[27] Khayati K, Bigras P and Dessaint LA (2009), “LuGre model-based friction compensation and positioning control for a pneumatic actuator using multi-objective output-feedback control via LMI optimization”, Mechatronics; 19: 535–547.
[28] J. Swevers, F. Al-Bencer, C. G. Ganseman and T. Prajogo (2000), “An integrated friction model structure with improved presliding behavior for accurate friction compensation”, IEEE Transaction on Automatic Control, Vol. 45, No. 4, pp. 675-686.
[29] V. Lampaert, J. Swevers, F. Al-Bencer (2002), “Modification of the Leuven integrated friction model structure”, IEEE Transaction on Automatic Control, Vol. 47, No. 4, pp. 683-687.
[30] P. Dupont, V. Hayward, B. Armstrong and F. Altpeter (2002), “Single state elastoplastic friction models”, IEEE Transaction on Automatic Control, Vol. 47, No. 5, pp. 787-792.
[31] F. Al-Bender, V. Lampaert, and J. Swevers (2004), “A novel genericmodel at asperity level for dry friction force dynamics”, Triboogy. Letter, Vol. 1, No. 16, pp. 81-93.
[32] F. Al-Bender, V. Lampaert, and J. Swevers (2005), “The generalized Maxwellslip model: A novel model for friction simulation and compensation”, IEEE Transaction on Automatic Control, Vol. 50, No. 11, pp. 1883-1887.
[33] А.С. Наземцев (2004), “Гидравлические и пневматические системы”,
Часть 1. Пневматические приводы и средства автоматизации. Москва Форyм.
[34] L. E. Schroeder, and R. Sigh (1993), “Experimental study of Friction in a Pneumatic Actuator at Constant Velocity”, ASME Journal of Dynamic Systems,
116 Measurement and Control, Vol. 115, No. 3, pp. 575-577.
[35] G. Belforte, G. Mattiazzo, S. Mauro (2003), “Measurement of friction force in pneumatic cylinders”, Tribotest Journal, Vol. 10, No. 1, pp. 33-48.
[36] Bashir M. Y. Nouri (2004), “Friction identification in mechatronic systems”, ISA Transactions, Vol. 43, pp. 205-216.
[37] Xuan Bo Tran, Hideki Yanada (2013), “Dynamic Friction Behaviors of
Pneumatic Cylinders”, Intelligent Control and Automation, 4, 180-190, http://dx.doi.org/10.4236/ica.2013.42022.
[38] XB Tran, HT Dao and KD Tran (2016), “A new mathematical model of friction for pneumatic cylinders”, Proc IMechE Part C: J Mechanical Engineering Science, Vol. 230(14) 2399–2412, DOI: 10.1177/0954406215594828.
[39] Mohan B, Saravanakumar D (2014), “Comparison of servo positioning performance of pneumatic cylinders using proportional valve method and PWM controlmethod”, Appl Mech Mater 2014;541–542:1233–7.
[40] Wang J, Wang DJD, Moore PR, Pu J (2001), “Modelling study, analysis and robustservocontrol of pneumatic cylinder actuator systems”, IEE Proc ControlTheory Appl 2001;148(1):35–42.
[41] Richer E, Hurmuzlu Y (1999), “A high performance pneumatic force actuator system”, part I-nonlinear mathematical model. J Dyn Syst Meas Control1999;122(3):416–25.
[42] Takosoglu JE, Dindorf RF, Laski PA (2009), “Rapid prototyping of fuzzy controllerpneumatic servo-system”, Int J Adv Manuf Technol 2009;40(3–4):349– 61.
[43] J. M. Tressler, T. Clement, H. Kazerooni, M. Lim (2002), “Dynamic Behavior of Pneumatic Systems for Lower Extremity Extenders”, Proceedings of the 2002 IEEE International Conference on Robotics & Automation Washington, DC.
[44] A. Mehmood, S. Laghrouche, M. El Bagdouri (2011), “Modeling identification and simulation of pneumatic actuator for VGT system”, Sensors and Actuators A 165 (2011) 367–378, Elsevier.
[45] Shuai Zhang, JinBing Chen, TaoWang, WeiFan (2012), “Nonlinear Modeling and Simulation of Pneumatic Servo Position System of Rodless
117
Cylinder”, Applied Mechanics and Materials Vols 130-134 (2012) pp 3493-3497, Trans Tech Publications, Switzerland, doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.130- 134.3493.
[46] Xyaolong Liu, Chuangna Xya, Shenggang Ma (2013), “The Modeling and Simulation of UAV Pneumatic Launch System”, Trans Tech Publications, Switzerland, doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.299.27.
[47] Eduardo Aguilera-Gomez, Arturo Lara - López (2002), “Dynamics of a pneumatic system: modelling, simulation and experiments”, International Conference on Robotics & Automation, Washington DC, pp. 39-43.
[48] Saravanakumar D, Mohan B (2013), “Nonlinear mathematical modelling of servopneumatic positioning system”, Appl Mech Mater 2013;313–314:962–6.
[49] Rao Z and Bone GM (2008), “Nonlinear modeling and control of servo pneumatic actuators”, IEEE Trans. Control Syst, Technol; 16: 562–569.
[50] Harris PG, O’Donnell GE and Whelan T (2012), “Modelling and identification of industrial pneumatic drive system”, Int. J. Adv. Manuf. Technol;
58: 1075–1086.
[51] Wang J, Pu J and Moore P (1999), “A practical control strategy for servo- pneumatic actuator systems”, Contr Eng Pract; 7: 1483–1488.
[52] Chillari S, Guccione S and Muscato G (2001), “An experimental comparison between several pneumatic position control methods”, In: Proceedings of the IEEE conference on decision and control, Orlando, FL, USA, 4-7, pp. 1168– 1173.
[53] Merola A, Colacino D, Cosentino C and Amato F (2018), “Model-based tracking control design, implementation of embedded digital controller and testing of a biomechatronic device for robotic rehabilitation”, Mechatronics; 52: 70–77.
[54] Slotine JJE and Li W (1991), “Applied nonlinear control”, New Jersey: Prentice-Hall.
[55] J. Bobrow and F. Jabbari (1991), “Adaptive pneumatic force actuation and position control”, ASME J Dynam Syst Meas Control 1991, Vol. 113, p. 1508 – 1513.
118 [56] B. McDonell and J. Bobrow (1993), “Adaptive tracking control of an air powered robot actuator”, ASME J Dynam Syst Meas Control 1993, Vol. 115, p. 427–433.
[57] Tanaka K, Yamada Y, Sakamoto M and Uchikado S (1998), “Model reference adaptive control with neural network for electro-pneumatic servo system”, In: Proceedings of IEEE international conference on control applications,
Trieste, Italy, 4-4 Sept., pp: 1130–1134.
[58] Gross DC, Rattan KS (1997), “Pneumatic cylinder trajectory tracking control using a feedforward multilayer neural network”, In: Proceedings of IEEE aerospace and electronics conference, Dayton, OH, USA, 14-17, pp: 777–784.
[59] Paul AK, Mishra JK and Radke MG (1994), “Reduce order sliding mode control for pneumatic actuator”, IEEE Trans Control Syst, Technol; 2: 271–276.
[60] Tang JJ and Walker GG (1995), “Variable structure control of a pneumatic actuator”, ASME J Dynam Syst Meas Control; 117: 88–92.
[61] Surgenor BW and Vaughan ND (1997), “Continuous sliding mode control of a pneumatic actuator”, ASME J Dynam Syst Meas Control; 119: 578–81.
[62] Acarman T, Hatipoglu C and Ozguner U (2001), “A robust nonlinear controller design for a pneumatic actuator”, In: Proceedings of the IEEE American control conference, Arlington, VA, USA, pp: 4490–4495.
[63] Yung Tien Liu, Kung TT, Chang KM and Chen SY (2013), “Observer- based adaptive sliding mode control for pneumatic servo system”, Precision Engineering, 37: 522–530.
[64] Pandian SR, Hayakawa Y, Kanazawa Y, Kamoyama Y and Kawamura S (1997), “Practical design of a sliding mode controller for pneumatic actuators”, ASME J Dynam Syst Meas Control; 119: 666–674.
[65] Tsai YC and Huang AC (2008), “Multiple-surface sliding controller design for pneumatic servo systems”, Mechatronics, Vol. 18, Issue 9, pp. 506-512.
[66] Ning S, Bone GM (2002), “High steady-state accuracy pneumatic servo positioningsystem with PVA/PV control and friction Compensation”, Proceedings of IEEEInternational Conference on Robotics and Automation 2002:2824–9.
119 [67] Situm Z, Pavkovic D, Novakovic B (2004), “Servo pneumatic position control usingfuzzy PID gain scheduling”, J Dyn Syst Meas Control 2004;126(2):376–85.
[68] Gao X, Feng ZJ (2005), “Design study of an adaptive fuzzy-PD controller forpneumatic servo system”, Control Eng Pract 2005;13(1):55–65.
[69] Khayati K, Bigras P and Dessaint LA (2009), “LuGre model-based friction compensation and positioning control for a pneumatic actuator using multi-objective output-feedback control via LMI optimization”, Mechatronics; 19: 535–547.
[70] Drakunov S, Hanchin GD, Su WC, Ozguner U (1997), “Nonlinear control of a rodlesspneumatic servoactuator, or sliding modes versus coulomb friction”, Automatica 1997;33(7):1401–8.
[71] Lee HK, Choi GS, Choi GH (2002), “A study on tracking position control of pneumaticactuators”, Mechatronics 2002;12(6):813–31.
[72] Hao Liu, Jianfeng Chen, Guoliang Tao (2011), “Parameters identification and analysis of pneumatic cylinder friction model based on experiments”, Proceedings of the 8th JFPS International, Symposium on Fluid Power, OKINAWA, pp. 276-284.
[73] Sobczyk MR, Gervini VI, Perondi EA and Cunha, MAB (2016), “A continuous version of the LuGre friction model applied to the adaptive control of a pneumatic servo system”, Journal of the Franklin Institute; 353: 3021–303.
[74] Guenther R, Perondi EC, DePieri ER and Valdiero, AC (2005), “Cascade controlled pneumatic positioning system with LuGre model based friction compensation”, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 28:
[75] H. Yanada, Y. Sekikawa (2008), “Modeling of dynamic behaviors of friction”, Mechatronics, Vol. 18, No.7, pp. 330-339.
[76] Xuan Bo Tran, Nur Hafizah, Hideki Yanada (2012), “Modeling of dynamic friction behaviors of hydraulic cylinders”, Mechatronics 22, pp. 65–75.
[77] Li, G., Zhang, C., Luo, J., Liu, S., Xye, G., and Lu X (2009), “Film Forming Characteristics of Grease in Point Contact under Swaying Motions”,
120 Tribology Letters, 35, 57-65, doi:10.1007/s11249-009-9433-7.
[78] Sugimura, J., Jones, W. R., and Spikes, H. A (1998), “EHD Film Thickness in Non-Steady State Contacts, Journal of Tribology” , 120, 442-453, doi:10.1115/1.2834569.
[79] H. Yanada, Y. Sekikawa (2008), “Modeling of dynamic behaviors of friction”, Mechatronics, Vol. 18, No.7, pp. 330-339.
[80] https://www.smcpneumatics.com/pdfs/VEP.pdf [81] http://www.smcpneumatics.com/metric/valves/VEA_Series_Valves.pdf [82] Герц Е. В (1969), “Пневматические приводы”, М.: Машиностроение. [83] Е. В. Герц, Г. В. Крейнин (1964), “Динамика пневматических приводов машин-автоматов”, М.: Машиностроение. [84] Емцев Б. Т (1987), “Техническая гидромеханика”, учебник для вузов, М.: Машиностроение, 440 с.
[85] I.G. Malkin (1980), “Lý thuyết ổn định chuyển động”, Phạm Huyễn (dịch). NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp – Hà Nội.
[86] L. Z. Rumsixki (1972), “Phương pháp toán học xử lý các kết quả thực nghiệm”, Hoàng Hữu Như – Nguyễn Bác Văn (dịch), Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội.
121