1 v k v k
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 để đánh giá ảnh hưởng của từng mô hình ma sát đến khả năng 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 kỳ trượt của chuyển động pít-
Hình 3.17. Các kết quảđo 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
91
Bảng 4.2. Các sai số vị trí của mô phỏng điều khiển bằng bộđiều khiển đề xuất với các đầu vào bước khác nhau
Đầu vào mong muốn
x1d (m)
Hành trình thuận của pít-tông Hành trình nghịch của pít-tông
Sai số vị trí tuyệt đối lớn nhất emax (m) Sai số vị trí tương đối (%) Sai số vị trí tuyệt đối lớn nhất emax (m) Sai số vị trí tương đối (%) 0.01 0.0005 5% 0.0005 5% 0.1 0.0005 0.5% 0.0005 0.5% 0.2 0.0005 0.25% - - 0.25 0.0005 0.2% 0.00075 0.3%
vị trí mong muốn tăng lên với việc tăng lên của đầu vào mong muốn về vị trí của pít-tông. Sai số số vị trí tuyệt đối và tương đối lớn nhất được liệt kê trong Bảng 4.2. Từ kết quả trong Bảng 4.2 và Hình 4.4 cho thấy trong tất cả các trường hợp khảo sát, sai số vị trí tương đối lớn nhất chỉ 5% ứng với x1d nhỏ. Sai số này giảm nhỏ hơn 0.5% khi tăng x1d. Ngoài ra, sai số vị trí tuyệt đối thay đổi rất nhỏ trong phạm vi 0.0005 ÷ 0.00075 m với tất cả các trường hợp đã xét.
Hình 4.7 là kết quả mô phỏng điều khiển của bộ điều khiển đề xuất và bộ điều khiển MSSC với đầu vào mong muốn vị trí pít-tông hình sin x1d = 0.15 + 0.1sin (2ft), tần số dao động f = 0.1 Hz. Áp suất nguồn khí nén và tải khối lượng cũng được giữ ở các giá trị tương ứng là 5 bar và 0.5 kg. Trên Hình 4.7a là kết quả bám vị trí pít-tông và Hình 4.7b là kết quả sai số vị trí tuyệt đối. Ta có thể quan sát từ Hình 4.7a rằng cả hai bộ điều khiển đều có thể cho kết quả bám vị trí mong muốn tốt với đầu vào dạng hình sin. Sự khác biệt giữa hai chất lượng điều khiển của hai bộ điều khiển là khó có thể nhận ra. Tuy nhiên, Hình 4.7b cho thấy rằng bộ điều khiển đề xuất có khả năng bám vị trí mong muốn nhanh hơn so với bộ điều khiển MSSC. Ngoài ra, sai số vị trí tuyệt đối lớn nhất đạt được trong điều kiện ổn định của bộ điều khiển đề xuất là nhỏ hơn (0.0015 m) so với sai số này lớn nhất đạt được bởi bộ điều khiển MSSC (0.005 m).
Hình 4.8 và 4.9 là kết quả mô phỏng điều khiển giữa hai bộ điều khiển đề xuất và bộ điều khiển MSSC với đầu vào vị trí pít-tông mong muốn dạng hình sin có
92
trong các Hình 4.8 và 4.9, mặc dù khả năng bám vị trí của hai bộ điều khiển trở lên kém hơn khi tần số tăng lên nhưng bộ điều khiển đề xuất vẫn cho kết quả sai số vị trí tuyệt đối lớn nhất bé hơn so với bộ điều khiển MSSC. Các giá trị sai số vị trí tuyệt đối lớn nhất trong trạng thái ổn định đối với bộ điều khiển đề xuất là 0.002 m (tần số 0.5 Hz) và 0.004 m (tần số 1 Hz). Trong khi đó, các giá trị sai số vị trí tuyệt đối lớn nhất trong trạng thái ổn định đối với bộ điều khiển MSSC là 0.008 m (tần số 0.5 Hz) và 0.009 m (tần số 1 Hz). Trong cả hai trường hợp của tần số này, bộ điều khiển đề xuất cũng cho thấy khả năng bám nhanh hơn so với bộ điều khiển MSSC.
Hình 4.7. Kết quả mô phỏng điều khiển của bộđiều khiển đề xuất và bộđiều khiển MSSC với đầu vào vị trí mong muốn dạng hình sin x1d = 0.15 + 0.1sin(2ft) m, tần số f =
0.1 Hz (ps = 5.105 N/m2, M = 0.5 kg): a). Độ dịch chuyển của pít-tông x, b). Sai số vị trí tuyệt đối e tuyệt đối e
93
Hình 4.8. Kết quả mô phỏng điều khiển của bộđiều khiển đề xuất và bộđiều khiển MSSC với đầu vào x1d = 0.15 + 0.1sin(2ft) m, tần số f = 0.5 Hz (ps=5.105 N/m2, M = 0.5
kg): a). Độ dịch chuyển của pít-tông x, b). Sai số vị trí tuyệt đối e
Hình 4.9. Kết quả mô phỏng điều khiển của bộđiều khiển đề xuất và bộđiều khiển MSSC với đầu vào x1d = 0.15 + 0.1sin(2ft) m, tần số f = 1 Hz (ps = 5.105 N/m2, M = 0.5
94
Thực hiện mô phỏng điều khiển với đầu vào vị trí mong muốn hình sin tần số 0.1 Hz với ba áp suất nguồn khí nén 2.105 N/m2, 3.105 N/m2 và 8.105 N/m2. Kết quả mô phỏng trình bày trên Hình 4.10. Các thông số của bộ điều khiển được giữ không đổi so với các trường hợp trong các Hình 4.4 đến 4.9. Kết quả chỉ ra rằng, bộ điều khiển đề xuất vẫn cho kết quả bám tốt vị trí pít-tông mong muốn trong tất cả các trường hợp của áp suất nguồn khí nén. Sai số vị trí tuyệt đối lớn nhất có xu hướng tăng lên với việc tăng áp suất nguồn khí nén. Sai số vị trí tuyệt đối lớn nhất trong điều kiện ổn định đối với trường hợp áp suất nguồn khí nén 8105 N/m2 là 0.01 m.
Mô phỏng điều khiển với đầu vào vị trí mong muốn hình sin tần số 0.1 Hz với ba tải M = 0.5, 2 và 5 kg được nghiên cứu. Kết quả mô phỏng trình bày trên Hình 4.11. Kết quả khẳng định rằng, bộ điều khiển đề xuất cũng cho kết quả bám tốt vị trí pít-tông mong muốn trong tất cả các trường hợp của tải. Sai số vị trí tuyệt đối điều khiển có xu hướng tăng lên với việc tăng lên tải khối lượng. Sai số vị trí tuyệt đối lớn nhất trong điều kiện ổn định đối với trường hợp tải 5 kg là 0.004 m.
Hình 4.10. Kết quả mô phỏng điều khiển của bộđiều khiển đề xuất với đầu vào vị trí mong muốn x1d = 0.15+0.1sin(2ft) m, tần số f = 0.1 Hz tại các áp suất nguồn khác nhau:
95
Hình 4.11. Kết quả mô phỏng điều khiển của bộđiều khiển đề xuất với đầu vào vị trí mong muốn x1d = 0.15 + 0.1sin(2ft) m, tần số f = 0.1 Hz tại các tải khối lượng khác nhau:
a). Độ dịch chuyển của pít-tông x, b). Sai số vị trí tuyệt đối e
Từ các kết quả mô phỏng điều khiển đạt được trong Hình 4.4 đến 4.11 có thể xác nhận bằng nghiên cứu mô phỏng rằng khi kết hợp bộ điều khiển trượt đa mặt trượt với bù ma sát, chất lượng điều khiển vị trí pít-tông xy lanh khí nén có thể cải thiện đáng kể so với bộ điều khiển trượt đa mặt trượt không có bù ma sát trong nhiều điều kiện hoạt động của hệ thống. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});