1. Kết luận
Luận án này tập trung giải quyết hai vấn đề nghiên cứu chính. Thứ nhất, Luận án nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các mô hình ma sát trong mô phỏng các đặc tính động lực học của xy lanh khí nén. Thứ hai, Luận án nghiên cứu đề xuất và xây dựng một phương pháp điều khiển vị trí xy lanh mới bởi kết hợp một phương pháp điều khiển phi tuyến với bù ma sát.
Đối với vấn đề nghiên cứu thứ nhất, Luận án nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng ba mô hình ma sát, bao gồm mô hình ma sát trạng thái ổn định, mô hình ma sát LuGre, và mô hình ma sát LuGre cải tiến đến mô phỏng động lực học xy lanh khí nén. Luận án đầu tiên xây dựng một hệ thống thực nghiệm TĐKN điều khiển tỉ lệ để thu thập các đặc tính động lực học của xy lanh để sử dụng đánh giá các kết quả mô phỏng. Luận án sau đó xây dựng mô hình toán học chung của hệ thống TĐKN điều khiển tỉ lệ, trong đó có các mô hình ma sát. Chương trình mô phỏng sau đó được xây dựng. Cuối cùng các kết quả mô phỏng sử dụng ba mô hình ma sát được so sánh với các kết quả thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của từng mô hình ma sát. Vấn đề nghiên cứu này đã đạt được các kết quả sau:
Mô hình ma sát trạng thái ổn định được sử dụng trong nghiên cứu này không không phù hợp. Mô hình này không thể mô phỏng chuyển động dính-trượt cũng như gây ra nhiều dao động trong các đặc tính lực ma sát;
1) Mô hình LuGre cho kết quả tương đối chính xác các đặc tính vị trí pít - tông, áp suất trong các khoang xy lanh, và lực ma sát. Tuy nhiên, mô hình này chỉ đoán được một phần chuyển động dính trượt của pít-tông ở điều kiện vận tốc thấp;
2) Mô hình LuGre cải tiển 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 số ba mô hình ma sát được khảo sát;
110
3) Nghiên cứu đã xây dựng được một chương trình mô phỏng bằng phần mềm MATLAB/Simulink cho toàn bộ hệ thống TĐKN điều khiển tỉ lệ. Đối với vấn đề nghiên cứu thứ hai, Luận án đã đề xuất một bộ điều 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 bộ điều khiển và phân tích tính ổn định của hệ thống điều khiển được thực hiện chi tiết trong Luận án. Bộ điều 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 bộ điều 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 bộ điều khiển mới có thể đạt đến 0.32% ứng với sai số định 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 số thay đổi đến 1 Hz, bộ điều khiển mới có thể đạt 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, bộ điều 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 tính động lực học của xy lanh khí nén. Do đó mô hình ma sát này có thể
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. Bộ điều khiển mới có thể được xem xét ứng dụng trong thiết kế các máy và hệ thống điều khiển trong công nghiệp để nâng cao năng xuất.
112