PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.2.Phương pháp điều khiển tỷ số truyền
Để điều khiển tự động tỷ số truyền của CVT theo tải trọng, sử dụng xi lanh lực thay đổi lực kẹp ở CVT chủ động. Hệ thống thủy lực thủy tĩnh với ƣu điểm vƣợt trội về khả năng tự động hóa là lựa chọn phù hợp để điều khiển CVT. Chƣơng trình điều khiển vị trí xi lanh thủy lực có thể đƣợc thiết kế trên cơ sở các phần mền lập trình khác nhau. Hiện nay có nhiều phần mềm máy tính hiện đại đƣợc xây dựng cho mục đích thu thập dữ liệu và điều khiển. Một số phần mềm thông dụng nhƣ C++, Matlab-simulink, Labview…
* Hệ thống điều khiển thủy lực
Hệ thống thủy lực tạo lực ép vào bánh đai chủ động CVT dƣới tác động của tín hiệu điện điều khiển. Sơ đồ của hệ thống đƣợc thể hiện trên hình 2.4, các phần tử cơ bản của hệ thống gồm:
+ Xi lanh thủy lực: Sử dụng xi lanh tác động một chiều, trả về nhờ ngoại lực. Các thông số của xi lanh đƣợc tính chọn phù hợp với áp suất của hệ thống và
Dải đo: (7 .. 160 bar) Nguồn: 8..33Vdc Ngõ ra: 0..5/10Vdc, 4..20mA
Sai số: 0.5% dải đo Nhiệt độ: -40..150 0
C Thời gian đáp ứng: <2ms
lực ép lên đĩa CVT chủ động. Diện tích piston : A12,58cm2 d1 4cm; Hành trình của piston smax = 10cm.
Hình 2.4. Sơ đồ hệ thống thủy lực điều khiển tỷ số truyền CVT
1-Động cơ điện; 2-Bơm dầu; 3-Van giới hạn áp suất; 4-Van tiết lưu; 5- van đóng ngắt 3/3; 6- Xi lanh thủy lực
+ Van đóng ngắt điện từ 3/3: Điều khiển dòng dầu thủy lực vào – ra xi lanh nhờ tín hiệu điện điều khiển nhằm xác định giá trị tỷ số truyền của CVT. Tính chất điều khiển và đặc tính lƣu lƣợng của van “DSG-01-3C2- A” thể hiện trên hình 2.5.
Hình 2.5. Tính chất điều khiển và đặc tính lƣu lƣợng của van
Nguồn: Yuken, 2011
Δp- độ chênh áp suất qua van; t1= 15ms; t2 = 23ms
+ Nguồn cung cấp dầu thủy lực bao gồm: động cơ điện (1); bơm dầu (2); van giới hạn áp suất (3); van tiết lƣu điều chỉnh đƣợc (4).
Nguồn cung cấp dầu thủy lực có áp suất và lƣu lƣợng phù hợp cho hệ thống (áp suất và lƣu lƣợng cực đại của hệ thống: 2Mpa, 10lít/phút).
3 2 1 5 6 4 Hành trình con trƣợt van 0 20 40 60 80 100 l/min Δp(Mpa) 5 4 3 2 1 Tín hiệu điện t1 t2 Độ nhớt 35 mm2 /s
+ Van giới hạn áp suất và van tiết lưu:
Van giới hạn áp suất đảm bảo an toàn cho hệ thống, đã đƣợc tích hợp trong bơm.
Van tiết lƣu điều chỉnh đƣợc để thay đổi lƣợng cung cấp trong quá trình thí nghiệm nhằm hiệu chỉnh tốc độ phù hợp nhất của piston. Hình 2.6 thể hiện kết cấu và đặc tính lƣu lƣợng của van FG-01-8-11.
Hình 2.6. Van tiết lƣu và đặc tính lƣu lƣợng của van
Nguồn: Yuken, 2011
* Modun kết nối máy tính
Trong quá trình thí nghiệm các tín hiệu cảm biến phải đƣợc thu thập và xử lý tức thời để điều khiển tỷ số truyền của CVT. Tín hiệu ra của các cảm biến bao gồm tín hiệu số (tín hiệu của ECD), tín hiệu tƣơng tự (cảm biến áp suất) và tín hiệu điều khiển van đóng ngắt điện từ 3/3 có dạng xung. Việc lựa chọn Modun kết nối các phần tử của thí nghiệm với máy tính điều khiển là rất quan trọng, ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng (độ trễ, độ ổn định) của quá trình điều khiển. Modun kết nối cần đáp ứng các yêu cầu:
+ Dải tín hiệu vào phải đủ rộng, phù hợp với tín hiệu ra của cảm biến; + Độ nhạy cao, tần số lấy mẫu lớn;
+ Có ít nhất bốn cổng xuất tín hiệu điều khiển; + Khả năng tƣơng thích mạch điều khiển công suất; + Khả năng chống nhiễu tốt;
+ Tƣơng thích với các phần mền thí nghiệm kỹ thuật (Labview); + Kết nối với máy tính đơn giản.
Trên cơ sở yêu cầu kỹ thuật của thí nghiệm và sự phân tích, đánh giá các thiết bị trên thị trƣờng, lựa chọn modun EasyDAQ U1001 của hãng Cyberlab
0 100 200 300 400 500 30 30 25 20 15 10 5 0 l/phút Vị trí con trƣợt van
JSC (hình 2.7) với các thông số cơ bản:
+ 8 Analog Input, dải đo 0-5V, 10 bit, tần số lấy mẫu 2kHz/kênh; + 8 Digital Output, tần số 1kHz/kênh; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ 6 Digital Input, tần số 1kHz/kênh;
+ 1 PWM output, có thể sử dụng để điều khiển động cơ;
+ Giao tiếp USB 2.0, tốc độ tối đa 12Mbps, khoảng cách tối đa 5m.
Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc của EasyDAQ U1001
Nguồn: Cyberlab, 2012
* Phần mền điều khiển
Chƣơng trình điều khiển vị trí xi lanh thủy lực có thể đƣợc thiết kế trên cơ sở các phần mền lập trình khác nhau, có nhiều các phần mền máy tính hiện đại đƣợc xây dựng cho mục đích thu thập dữ liệu và điều khiển, điển hình C++
, Matlab/simulink, và Labview…
Labview (Virtual Instrument Engineering Workbench) đƣợc phát triển bởi công ty National Instruments- Hoa Kỳ, là một môi trƣờng phát triển dựa trên ngôn ngữ lập trình đồ họa, thƣờng đƣợc sử dụng cho mục đích đo lƣờng, kiểm tra, đánh giá, xử lý và điều khiển các tham số của thiết bị. Labview là một ngôn ngữ lập trình đa năng, giống nhƣ các ngôn ngữ lập trình hiện đại khác. Labview
Cổng vào số [D10:D15]
Cổng ra số [D01:D07]
Cổng vào tƣơng tự [A01:D07]
có các thƣ viện thu nhận dữ liệu, các thiết bị điều khiển, phân tích dữ liệu, biểu diễn và lƣu trữ dữ liệu, ngoài ra còn có các công cụ phát triển đƣợc thiết kế riêng cho việc nối ghép và điều khiển thiết bị. Labview dùng ngôn ngữ lập trình Graphical để tạo ra các chƣơng trình ở dạng sơ đồ khối. Việc xây dựng giao diện ngƣời sử dụng bằng cách thiết lập các công cụ và các đối tƣợng. Giao diện ngƣời sử dụng đƣợc hiểu nhƣ là một khung trƣớc (front panel) sau đó mã hóa, lập trình (code) vào trong sơ đồ khối để điều khiển các đối tƣợng ở trên front panel. Sơ đồ khối cũng có thể hiểu giống nhƣ một lƣu đồ thuật toán. Labview đƣợc tích hợp đầy đủ các chức năng giao tiếp với các phần cứng GPIB, VXI, PXI, RS-232, RS- 485, các thiết bị thu nhận dữ liệu…
Với nhƣng ƣu điểm vƣợt trội về tính năng và mức độ đơn giản trong lập trình nên trong thí nghiệm này lựa chọn Labview 8.5 làm phần mền điều khiển.
* Kết nối máy tính với Card điều khiển
Để Labview giao tiếp đƣợc với phần cứng, cần xây dựng chƣơng trình nhằm tìm kiếm thiết bị trên cơ sở các thông số của nhà sản xuất, thiết kế các modul ghi và đọc dữ liệu trên các cổng giao tiếp của phần cứng. Sơ đồ và chƣơng trình kết nối với card điều khiển đƣợc thể hiện trên hình 2.8 và 2.9.
Hình 2.8. Sơ đồ chƣơng trình kết nối với card điều khiển
Tìm kiếm thiết bị: Thực hiện vòng lặp tìm kiếm thiết bị DAQ kết nối với máy tính, lựa chọn và ấn Read để chuyển sang tác vụ tiếp theo.
Khởi chạy thiết bị: Thực hiện hàm khởi tạo tác vụ đọc DAQ (bắt đầu chƣơng trình).
Ghi các thông số đầu ra: Sử dụng hàm DAQ Write. Đầu vào của hàm gồm: Mảng lƣu trạng thái, của cổng 8 đầu ra DO, Tần số xuất PWM- tính theo kHz, Chu kỳ PWM - từ 0% đến 100%, Đầu vào ID thiết bị và tín hiệu Debug.
Đọc các thông số đầu vào: Sử dụng hàm DAQ Read, đầu ra của hàm gồm: Tìm kiếm thiết bị Ghi các thông số đầu ra Đọc các thông số đầu vào Khởi chạy thiết bị Bắt đầu
chuỗi ký tự lƣu toàn bộ thông tin DAQ xuất ra, mảng các giá trị Analog, mảng các giá trị Digital.
Hình 2.9. Chƣơng trình kết nối với card điều khiển * Chƣơng trình điều khiển tỷ số truyền
Chƣơng trình điều khiển thực hiện các chức năng: thu nhận các tín hiệu điều khiển và cảm biến, xử lý và điều khiển hệ thống thủy lực để xác định giá trị tỷ số truyền của CVT trong quá trình thí nghiệm. Chƣơng trình đƣợc thiết lập và kết nối trên cơ sở các khối, phần tử trong thƣ viện của phần mền Labview, gồm các chức năng cơ bản bao gồm:
+ Khởi chạy, kiểm tra kết nối của thiết bị; + Thực hiện chức năng an toàn;
+ Đọc các giá trị cảm biến;
+ Xử lý, chuyển đổi về đại lƣợng chuẩn; + Thực hiện điều khiển chế độ bằng tay; + Thực hiện điều khiển chế độ tự động;
+ Tính toán, so sánh với các giá trị mẫu ứng với các điều kiện cụ thể; + Xuất xung điều khiển trên cơ sở thuật toán điều khiển hai điểm; + Hiện thị các kết quả dƣới dạng đồ thị trên màn hình máy tính.
Sơ đồ khối, chƣơng trình điều khiển và giao diện đƣợc thể hiện hình 2.10 và 2.11.
Hình 2.10. Sơ đồ khối của chƣơng trình (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.11. Chƣơng trình thu thập, xử lí và điều khiển tỷ số truyền
Bắt đầu Đọc các giá trị cảm biến Tính toán tỉ số truyền hiện tại i=[i]±5% - Hiện thị - Lƣu file Kết thúc Xung điều khiển Sai Đúng