Mô hình hó ab truy nđ ng chung

Một phần của tài liệu Nghiên cứu phát triển hệ thống hil (hardware in the loop) thủy lực trong mô phỏng chuyển động (Trang 33)

H th ng truy n đ ng đi n th y l c EHA đ c mô t nh hình 4.1 [21]. c đi m chính c a h th ng là s d ng m t m ch th y l c vòng kín không có van đi u khi n l u l ng. Do đó, giúp h th ng h n ch đ c t n th t áp su t gây ra b i ti t di n l van. Tuy nhiên, do tính đ i x ng c a xy lanh th y l c, hai van m t chi u có đi u khi n đ c s d ng đ có th d n d u t b ch a đ n xy lanh và x d u t xy lanh ng c tr v b . Ngoài ra, m t van an toàn đ c s d ng k t h p v i hai van m t chi u không lò xo giúp gi i h n áp su t c a h th ng luôn trong ng ng t i đa cho phép. L u l ng và h ng dòng ch y c a b m hai chi u d dàng đ c đi u ch nh thông qua m t đ ng c servo AC đi u khi n m tr t thích nghi.

V V

B

Hình 4.1. S đ chung c a c c u truy n đ ng đi n th y l c EHA

Áp d ng đ nh lu t II Newton, ta có ph ng trình đ ng l c h c c a piston nh sau [16]:

(4.7) Trong đó là kh i l ng t i ; là h s gi m ch n ; là di n tích làm vi c c a piston ( , là ti t di n c n piston ; và là áp su t t i hai bu ng c a xy lanh ( ; là ngo i l c t i tác d ng lên xy lanh

Theo các nguyên t c c b n c a truy n đ ng th y l c, ta có các ph ng trình xác đ nh áp su t t i hai bu ng c a xy lanh:

(4.9)

Trong đó và là th tích ban đ u c a hai bu ng; là h s kháng rò r c a xy lanh ( ; là l u l ng vào bu ng 1, là l u l ng ra bu ng 2, chúng đ c xác b i công th c:

(4.10) (4.11) Nh trong hình 4.1, l u l ng ch y qua van m t chi u có đi u khi n 1 và 2 đ c bi u th b i và . Trong khi m t ph n nh l u l ng đi qua hai van m t chi u không lò xo v b ch a đ c bi u th b i và . L u l ng c p b i b m hai chi u và đ c tính nh sau:

(4.12) V i là hi u su t th tích c a b m, là dung tích b m, là t c đ quay c a tr c b m.

Cho . Ta có h ph ng trình tr ng thái nh sau [22]:

(4.13)

Các ph ng trình t (4.10) đ n (4.13) cho th y r ng tr ng thái c a h th ng có th đ c đi u ch nh thông qua thay đ i t c đ c a b m hai chi u đ c đi u khi n b i m t đ ng c servo AC.

Ch ng 5. THI T K H TH NG I U KHI N 5.1. Thi t k b đi u khi n cho 1 xy lanh

5.1.1. C s lý thuy t

S đ kh i c a b đi u khi n m tr t thích nghi đ xu t cho đi u khi n m t xy lanh đ c th hi n nh hình 5.1.

Hình 5.1. S đ kh i c a b đi u khi n m tr t thích nghi [23]

Thay các ph ng trình (4.10), (4.11), (4.12) vào ph ng trình (4.13) ta thu đ c h ph ng trình nh sau:

(5.1)

(5.2)

(5.3)

là đ nhi u bên ngoài. là tín hi u đi u khi n.

là các véc t tr ng thái.

thi t k b đi u khi n, ta ph i chú ý đ n m t vài gi thi t sau [24].

Gi thi t 1: là m t hàm thay đ i theo th i gian ch a bi t v i biên thay đ i ch a đ c xác đ nh nh ng liên t c. Do đó có th đ c x p x b i t h p h u h n tuy n tính c a các hàm c b n nh sau:

(5.4) Trong đó:

là véc t tham s .

cos sin cos sin n là véc t hàm c b n.

là t n s c a hàm c b n, T là th i gian mô ph ng và là sai s x p x .

Gi thi t 2: là hàm ch a bi t nh ng đ c gi i h n b i đi u ki n biên nh sau:

(5.5) V i , trong đó là giá tr danh ngh a đã bi t và th a mãn đi u ki n:

(5.6) Gi thi t 3: Áp su t và đ c gi i h n theo đi u ki n , . Trong đó và t ng ng là áp su t khí quy n và áp su t đ c cung c p.

đánh giá b đi u khi n m tr t thích nghi, ta đi t bi u th c xác đ nh m t tr t [25].

(5.7) Trong đó, là t l h i t c a sai s trên m t tr t. đây, sai s là đ l ch gi a tham chi u và th c t c a h th ng.

(5.8) Thay ph ng trình (5.7) vào (5.8) sau đó l y đ o hàm theo th i gian, ta có đ ng l c h c c a thu đ c nh sau: (5.9) Thay ph ng trình (5.1) và (5.4) vào (5.9), đ ng l c h c c a có th đ c vi t l i: (5.10) Trong đó là m t hàm g p.

B qua hàm g p , đ gi i ph ng trình , thành ph n đi u khi n t ng đ ng đ c xác đ nh b ng công th c:

(5.11) V i là véc t tham s đánh giá c a véc t . b o đ m đi u ki n tr t

, m t thành ph n đi u khi n hi u ch nh ph i đ c thêm vào [26]. (5.12) Trong đó, là h s khu ch đ i.

Ta có quy lu t đi u khi n t ng quát đ c xác đ nh nh sau [26]: (5.13) Thay ph ng trình (5.13) vào ph ng trình (5.10), đ ng l c h c c a m t tr t đ c vi t l i nh sau: (5.14) V i là sai s c l ng. Ch n hàm Lyapunov: (5.15) o hàm V theo th i gian, ta đ c: (5.16) Lu t thích nghi đ c ch n là: (5.17) Trong đó, là h ng s d ng, . Do đó, ph ng trình (5.16) có th đ c vi t l i: (5.18) th a mãn đi u ki n n đ nh , h ng s d ng ph i th a mãn đi u ki n: [27]

Bi u th c cho th y giá tr c a ph thu c vào biên trên c a hàm .

Nh đã xác đ nh trong đi u ki n (5.6), m c dù biên c a có th đ c c l ng nh ng khó có th xác đ nh đ c chính xác giá tr c a nó trong tính toán th c t . Ngoài ra, nh đã đ c p trong gi thi t 1, là m t giá tr ch a bi t. Do đó, biên c a c ng khó có th đ c xác đ nh chính xác. N u biên c a đ c ch n quá l n, tín hi u đi u khi u hi u ch nh s gây ra hi n t ng rung l c nghiêm tr ng

cho k t c u c khí, đ ng th i cho th y đ ng l c h c c a h th ng không n đ nh. Ng c l i, n u biên đ c ch n quá nh , đi u ki n n đ nh có th không đ c th a mãn.

làm gi m nh h ng c a hi n t ng rung l c, m t hàm bão hòa đ c s d ng nh sau:

(5.19) Trong đó, là đ dày c a l p biên.

T ng t nh đã đ c p trên, h ng s d ng trong ph ng trình (5.19) c ng ph thu c vào biên c a . Do đó, đ n đ nh bên trong l p biên không th đ c đ m b o.

Vì lý do này, m t thu t toán m đ c s d ng đ xác đ nh thành ph n đi u khi n hi u ch nh . đây, m t tr t là bi n ngôn ng ngõ vào c a logic m và thành ph n đi u khi n hi u ch nh là bi n ngôn ng ngõ ra. B y giá tr ngôn ng c a bi n ngõ vào và ngõ ra l n l t là âm l n (NB – negative big), âm v a (NM – negative medium), âm nh (NS – negative small), b ng 0 (Z - zero), d ng nh (PS – positive small), d ng v a (PM – positive medium), d ng l n (PB – positive big). Các hàm liên quan theo bi n ngõ vào và ngõ ra đ c th hi n nh hình 5.2 và 5.3.

Hình 5.3. Các bi n ngôn ng ngõ ra

D a trên tín hi u đi u khi n hi u ch nh đ c cho ph ng trình (5.12), các lu t đi u khi n c b n c a b đi u khi n m tr t thích nghi đ c xây d ng nh sau: Lu t 1: N u là Z thì là Z Lu t 2: N u là PS thì là PS Lu t 3: N u là PM thì là PM Lu t 4: N u là PB thì là PB Lu t 5: N u là NS thì là NS Lu t 6: N u là NM thì là NM Lu t 7: N u là NB thì là NB

Các tín hi u đi u khi n hi u ch nh ngõ ra có th thu đ c b ng cách s d ng ph ng pháp trung bình tâm:

(5.20) Trong đó, là nh ng nh ng tr ng s c a lu t m

NB c a bi n đ u ra. C th trong lu n án này, ta ch n:

Trong đó đ c g i là tham s m . Vì nên ph ng trình (5.12) có th đ c vi t l i: (5.21) V i: (5.22) Khi , . Ng c l i, khi , . Theo đó, .

Thay trong ph ng trình (5.12) b ng (5.21), đ o hàm theo th i gian c a m t tr t đ c vi t l i:

(5.23) Ph ng trình (5.16) đ c vi t l i nh sau:

(5.24)

th a mãn đi u ki n tr t, tham s m ph i th a mãn đi u ki n [28]: (5.25) Theo (5.25), t n t i m t giá tr t i u đ th a mãn đi u ki n tr t [28]:

(5.26) V i là m t h ng s d ng.

Tuy nhiên, giá tr t i u c a khó có th đ c xác đ nh chính xác. V y nên ta s d ng m t thu t toán thích nghi đ n gi n đ c l ng nó. Quy lu t đi u khi n c a b đi u khi n m tr t thích nghi đ c th hi n nh sau:

(5.27) đây, là giá tr c l ng c a giá tr t i u .

Thay ph ng trình (5.11) vào (5.27) và s p x p l i, ta đ c: (5.28) ng l c h c c a đ c vi t l i: (5.29) Cho , s p x p l i ph ng trình (5.29), ta thu đ c: (5.30) Hàm Lyapunow đ c xác đ nh: (5.31) L y đ o hàm theo th i gian và k t h p v i ph ng trình (5.31), ta thu đ c: (5.32)

V i và , lu t thích nghi đ c thi t l p nh sau:

(5.33) (5.34) Trong đó và là các h ng s d ng. Vì , ph ng trình (36) có th đ c vi t l i: (5.35) Thay ph ng trình (5.25) vào (5.35), ta đ c: (5.36) Do đó, h th ng đi u khi n n đ nh theo tiêu chu n Lyapunov. D a trên b đ c a Barbarlet, sai s s d n ti m c n v 0 [28].

5.1.2. K t qu mô ph ng b đi u khi n cho 1 xy lanh 5.1.2.1. Mô hình b đi u khi n cho m t xy lanh 5.1.2.1. Mô hình b đi u khi n cho m t xy lanh

ki m nghi m ch t l ng c a b đi u khi n đ i v i c c u truy n đ ng đi n th y l c, m t mô hình o c a c c u đã đ c xây d ng b ng ph n m m Amesim nh hình 5.4. Trong mô hình này, hai c m bi n áp su t đ c s d ng đ giám sát áp su t t i hai c ng c a xy lanh th y l c. V trí c a t i đ c đo b ng m t c m bi n v trí và tín hi u c a c m bi n này s đ c g i đ n b đi u khi n đ t o ra tín hi u đi u khi n cho vi c đi u ch nh l u l ng b m. Mô hình o này c a h th ng EHA s đ c n p vào ph n m m Matlab/Simulink và trong đó ta khai báo các thông s c a b đi u khi n m tr t thích nghi nh b ng 5.1.

B ng 5.1. Thông s thi t l p c a EHA

B ph n Thông s Giá tr

B m hai chi u T c đ quay t i đa 1000 [rpm] Th tích d u trên m t vòng quay 24 [cc/rev]

Xy lanh th y l c

ng kính c n 10 [mm]

ng kính piston 20 [mm] Kho ng d ch chuy n c a piston 100 [mm] D u th y l c Mô đun kh i c a d u 1.5x109 [Pa]

Tr ng l ng riêng c a d u 0.87 Van an toàn Áp su t đi u ch nh 50 [Pa]

Hình 5.4. Mô hình o c a c c u truy n đ ng đi n - th y l c xây d ng b ng Amesim

Hình 5.5. S đ t ng quát c a h th ng đi u khi n 5.1.2.2. K t qu mô ph ng b đi u khi n cho m t xy lanh

Tr ng h p 1: Trong tr ng h p này, ph n h i đa b c c a h th ng đi u khi n b i thu t toán m tr t thích nghi v i đi u ki n t i 1 đ c th hi n nh hình 5.6. Trong đó, đ ng nét đ t đ i di n cho giá tr tham chi u và đ ng nét li n là giá tr theo b đi u khi n m tr t thích nghi. Th i gian th c hi n đ c cài đ t là 0.01 cho t t c các mô ph ng. Có th th y t i th i đi m b t đ u, ph n h i v trí c a h th ng đ c đi u khi n b ng thu t toán m tr t thích nghi không đ c t t do s khác nhau gi a tr ng thái ban đ u c a h th ng so v i qu đ o tham chi u. Sau kho ng 2 , b đi u khi n d n đi vào n đ nh và cung c p ph n h i v trí v i đ chính xác cao. Hình 5.7 th hi n sai s v trí c a h th ng. Ngoài ra, ta có th th y áp su t t i c ng 2 c a xy lanh g n nh b ng 0 trong khi áp su t t i c ng 1 luôn l n h n 0 và n đ nh m c 31.5 (hình 5.8). m r ng t v trí ban đ u lên 50 d u s ch y t c ng 2 qua c ng 1 c a xy lanh d i tác đ ng c a b m qua đó t o ra áp su t d ng đ đ th ng đ c ngo i l c 1 nh ng sau đó d n t t v v trí 30 do tác đ ng c a ngo i l c. Nh v y áp su t d ng luôn đ c duy trì.

Hình 5.6. Ph n h i đa b c c a h th ng v i b đi u khi n m tr t thích nghi

Hình 5.7. Sai s v trí c a h th ng theo th i gian

Hình 5.8. Áp su t theo th i gian t i c ng 1 ( và c ng 2 ( c a xy lanh v i b đi u khi n m tr t thích nghi cho ph n h i đa b c

Tr ng h p 2: Tín hi u đây có d ng hình sin v i biên đ 30 và t n s 0.1 . Ngo i l c c ng có d ng hình sin v i biên đ 10 và gi ng t n s v i tín hi u mong mu n nh ng l ch pha 900 (hình 5.9). i u đó có ngh a là khi piston m r ng hành trình nó s gây ra m t l c đ y lên t i và ng c l i t i s ch u tác d ng c a m t l c kéo khi piston thu v . T i cu i hành trình c a piston, l c t i b ng 0. Hình 5.10 th hi n v trí th c t c a t i d i s đi u khi n c a thu t toán m tr t thích nghi so v i giá tr tham chi u. Ta th y giá tr v trí th c t c a t i bám sát theo giá tr tham chi u, cùng v i đó là sai s c a h th ng đi u khi n luôn đ c gi i h n trong biên 1 nh th hi n trong hình 5.11. Ngoài ra, ngay t i th i đi m b t đ u, v trí c a t i đã có th bám sát v i giá tr tham chi u. Áp su t t i hai c ng c a xy lanh th y l c thu đ c nh hình 5.12, ta th y r ng có s l ch pha gi a áp su t và v i , khi piston m r ng hành trình và , khi piston thu h p hành trình. Ngoài ra, áp su t luôn luôn l n h n b i vì di n tích tác đ ng t i bu ng 2 c a xy lanh luôn nh h n so v i bu ng 1. Bên c nh đó, các tham s m c ng đ c đi u ch nh liên t c theo th i gian. Sau kho ng 2.5 , tham s m c a tín hi u đi u khi n ph đ t đ c giá tr t i u 0.147.

Hình 5.10. So sánh gi a giá tr v trí th c t c a t i và tham chi u

Hình 5.11. Sai s gi a v trí th c t và tham chi u

Hình 5.13. S thay đ i c a tham s m

Một phần của tài liệu Nghiên cứu phát triển hệ thống hil (hardware in the loop) thủy lực trong mô phỏng chuyển động (Trang 33)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(72 trang)