3.1. Tổ chức tính tốn khảo sát
3.1.2. Xây dựng chương trình tính
Cấu trúc của chương trình tính tốn động lực học máy san gồm 4 hệ thống khối chính: Hệ thống các khối tín hiệu đầu vào, hệ thống các khối xử lí tín hiệu, hệ thống các khối xuất kết quả đầu ra, hệ thống đường truyền dẫn tín hiệu (Hình 3.1).
Hệ thống các khối tín hiệu đầu vào có chức năng cung cấp các thông số đầu vào cho chương trình, bao gồm: Thời gian, điều kiện ban đầu của vận tốc, góc quay, chuyển vị của các khâu và các ngoại lực tác dụng lên cơ hệ. Các khối cung cấp tín hiệu đầu vào về thời gian, điều kiện ban đầu của vận tốc, góc quay, chuyển vị của các khâu được lấy sẵn từ trong thư viện của phần mềm, ta chỉ việc nhập các giá trị ban đầu hình (3.2), (3.3).
do người lập trình tự định nghĩa các hàm và tạo tín hiệu đầu ra để kết nối đến các khối xử lí tín hiệu. Trong sơ đồ Simulink hệ thống chương trình tính động lực học máy san của luận án, các khối ngoại lực do tác giả tự định nghĩa và bao gồm khối lực kéo PK, khối lực cản lăn PF, khối lực cản đào Pdx, Pdy (phụ lục 4).
Hình 3.1. Sơ đồ thuật toán xác định chuyển vị của lưỡi san khi đào và chuyển đất
Hình 3.3. Khối đầu vào vận tốc ban đầu
Hệ thống các khối xử lí tín hiệu có chức năng xử lí các tín hiệu đầu vào và tạo tín hiệu đầu ra. Hệ thống các khối này bao gồm khối mơ phỏng hệ phương trình ĐLH; khối lấy tích phân gia tốc để lấy vận tốc các khâu; khối lấy tích phân vận tốc để lấy góc quay và chuyển vị các khâu; khối mô phỏng tọa độ một điểm trên lưỡi san để lấy chuyển vị của lưỡi san trong quá trình làm việc. Trong hệ thống các khối xử lí tín hiệu, riêng 2 khối lấy tích phân đã được lập trình và có sẵn trong thư viện phần mềm, tác giả chỉ việc lấy từ trong thư viện và nhập các giá trị vào hình (3.4), (3.5).
Các khối tính tốn còn lại, tác giả sử dụng khối Matlab Funtion kết hợp với công cụ lập trình để tạo ra các khối xử lí tín hiệu có chức năng giải hệ phương trình vi phân động lực học và tính tốn phản lực tại khớp F như lập trình thơng thường (phụ lục 4).
Hình 3.4. Khối tích phân 1
Hình 3.5. Khối tích phân 2
Hệ thống các khối xuất kết quả đầu ra có chức năng xuất kết quả tính tốn các thơng số (góc quay, chuyển vị, vận tốc, gia tốc của các khâu, sự thay đổi lực
thơng số này theo thời gian. Tín hiệu đầu vào của các khối này chính là tín hiệu đầu ra của các khối xử lí.
Các khối hiển thị này có sẵn trong thư viện Simulink với tên Scope và lấy ra rất dễ dàng. Vì Simulink khơng hỗ trợ xuất các đồ thị ra file ảnh nên tác giả vẽ lại các đồ thị bằng cách sử dụng kết quả từ bảng Excel.
Hệ thống đường truyền dẫn tín hiệu có chức năng truyền các tín hiệu giữa đầu ra của khối này và đầu vào của khối kia.
Thuật tốn để giải hệ phương trình động lực học của cơ hệ máy san cụ thể như sau: Khối hệ phương trình động lực học được lập trình dưới dạng M-file và nhúng trong khối Matlab Funtion. Khối này lấy tín hiệu đầu vào là vận tốc, góc quay, chuyển vị của các khâu và các ngoại lực tác dụng vào cơ hệ gồm lực kéo PK, lực cản lăn PF, lực cản đào đất gồm 3 thành phần Pdx , Pdy , Pdz. Tư tưởng của việc lập trình cho khối này là giải hệ phương trình động lực học dưới dạng cộng, trừ, nhân các ma trận đã được thể hiện trong phần xây dựng mơ hình tốn của cơ hệ. Khi chạy chương trình, khối phương trình động lực học sẽ xử lí các tín hiệu đầu vào và cho kết quả là gia tốc của các khâu. Gia tốc của các khâu là tín hiệu đầu vào cho khối tích phân thứ nhất, sau khi khối này tự động lấy tích phân của gia tốc các khâu theo thời gian sẽ cho tín hiệu đầu ra là vận tốc các khâu. Tương tự như thế, khối tích phân thứ hai sẽ lấy tín hiệu đầu vào là vận tốc của các khâu để cho kết quả đầu ra là góc quay và chuyển vị của các khâu. Qua các đường truyền dẫn tín hiệu, tín hiệu đầu ra của các khối tích phân lại chính là tín hiệu đầu vào của khối phương trình động lực học.
Như vậy, việc giải hệ phương trình động lực học của cơ hệ thể hiện trên Simulink là một chu trình khép kín. Sau khi có kết quả gia tốc, vận tốc, góc quay, chuyển vị của các khâu từ việc chạy chương trình, tác giả tiến hành xác định quỹ đạo chuyển động của lưỡi san thơng qua các khối Matlab Funtion được lập trình dưới dạng M-file tương tự như lập trình đối với khối phương trình động