Luận án tiến sĩ: Tổng hợp luật điều khiển hệ truyền động thủy lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRỊNH ANH VĂN TỔNG HỢP LUẬT ĐIỀU KHIỂN CHO MỘT LỚP HỆ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC PHI TUYẾN CÓ YẾU TỐ BẤT ĐỊNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRỊNH ANH VĂN TỔNG HỢP LUẬT ĐIỀU KHIỂN CHO MỘT LỚP HỆ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC PHI TUYẾN CÓ YẾU TỐ BẤT ĐỊNH Ngành : Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số : 9 52 02 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Quang Hùng 2. Nguyễn Thanh Tiên HÀ NỘI – 2024 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của tập thể giáo viên hướng dẫn. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực, không trùng lặp và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Tác giả luận án Trịnh Anh Văn ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Quang Hùng và PGS.TS Nguyễn Thanh Tiên, đã tận tình hướng dẫn, định hướng những nội dung cần giải quyết, chỉ dẫn phương pháp giải quyết các vấn đề cần nghiên cứu, động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học và tập thể cán bộ Viện Tự động hóa Kỹ thuật Quân sự, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến giúp tôi hoàn thành nội dung nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn tới Thủ trưởng Tổng cục Công nghiệp quốc phòng, các bạn bè đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện để tôi tập trung thực hiện nghiên cứu, hoàn thành luận án.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ, khuyến khích để tôi có thêm nghị lực hoàn thành luận án. Tác giả luận án iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. ix MỞ ĐẦU.

PHÂN TÍCH TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THỦY LỰC. Tổng quan về hệ truyền động điện thủy lực. Tính điều khiển được của hệ truyền động thủy lực. Phương pháp điều chỉnh qua phần tử van điều chỉnh lưu lượng.

Phương pháp điều chỉnh lưu lượng thông qua năng suất bơm. Phương pháp điều chỉnh động cơ dẫn động bơm. Các phần tử cơ bản của hệ thống truyền động thủy lực. Mô hình động học điều khiển hệ truyền động thủy lực.

Sơ đồ khối cơ bản của hệ truyền động bám điện thủy lực. Phân tích xây dựng mô hình động học điều khiển hệ điện thủy lực với phương pháp điều chỉnh tiết lưu. Phân tích xây dựng mô hình động học điều khiển hệ điện thủy lực với phương pháp điều chỉnh lưu lượng - hệ truyền động thủy lực thể tích. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động thủy lực.

Xu hướng phát triển và sử dụng của hệ truyền động thủy lực .Xu hướng phát triển nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống. Xu hướng phát triển các loại van thủy lực mới các tính năng điều khiển tuyến tính. Xu hướng phát triển các bộ điều khiển khi xét các hệ thủy lực là phi tuyến bậc cao và có nhiễu. Phân tích các nghiên cứu trong và ngoài nước.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước. Tình hình nghiên cứu trong nước. Hướng nghiên cứu của đề tài luận án. Kết luận Chương 1.

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT NÂNG CAO TRONG CÁC HỆ PHI TUYẾN BẬC CAO CÓ NHIỄU VÀ BẤT ĐỊNH. Phân tích tổng quan về điều khiển trượt nâng cao. Vấn đề tăng tốc độ hội tụ, giảm dao động trên mặt trượt. Xây dựng cấu trúc mặt trượt đảm bảo các giá trị hội tụ tại gốc không phụ thuộc nhiễu.

Xây dựng kết cấu mặt trượt phi tuyến phân tầng. Quan sát nhiễu trong các hệ điện cơ. Xét trường hợp bộ quan sát nhiễu dạng tổng quát. Đánh giá nhiễu là thành phần lực cản và mô men cản trên cơ sở bộ quan sát nhiễu dạng trượt phi tuyến thích nghi.

XÂY DỰNG LUẬT ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THỦY LỰC KIỂU THỂ TÍCH. Xây dựng mô hình động học điều khiển hệ truyền động bám điện thủy lực dẫn động vũ khí đặt trên phương tiện cơ động. Phân tích xây dựng mô hình động học phần tháp pháo. Phương trình động lực học của động cơ chấp hành thủy lực điều chỉnh lưu lượng dạng kín.

Xây dựng mô hình trạng thái của hệ truyền động tháp pháo có tính đến động học của hệ chấp hành thủy lực dạng kín. Xây dựng bộ quan sát trượt thích nghi đánh giá nhiễu để thực hiện bù nhiễu trong các bước biến đổi. Tổng hợp luật điều khiển hệ truyền động bám sát hai kênh với động cơ chấp hành thủy lực kiểu thể tích .1 Biến đổi về mô hình động học hệ sai số. Xét cách tiếp cận theo điều khiển trượt truyền thống.

Xây dựng kết cấu mặt trượt phi tuyến phân tầng. Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng. Xác định tham số mô phỏng. Xây dựng mô hình mô phỏng trong Matlab-simulink.

Xây dựng kịch bản mô phỏng và đánh giá kết quả. Kết luận Chương 3. XÂY DỰNG LUẬT ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ ĐIỆN THỦY LỰC DẠNG TIẾT LƯU. Xây dựng sơ đồ khối điều khiển.

Xây dựng luật điều khiển. Biến đổi mô hình trên cơ sở phân chia chuyển động, kết hợp với đánh giá thích nghi các hằng bất định. Xây dựng luật điều khiển trên cơ sở phân tầng với đánh giá thích nghi các thành phần bất định. Xây dựng luật điều khiển kết hợp phân tầng và điều khiên trượt nhanh.

Tổng hợp điều khiển trên cơ sở phân chia hệ thống. Xây dựng mô hình mô phỏng. Xác định tham số mô phỏng. Xây dựng mô hình mô phỏng trong Matlab –Simulink.

Phân tích và bình luận kết quả mô phỏng. Kết luận Chương 4. 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

126 PHỤ LỤC vi DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ap Tiết diện piston A Tiết diện B Cường độ từ trường C Hệ số cản nhớt Ch Điện dung thủy lực CLi Hệ số tổn thất lưu lượng cs Hệ số ma sát tĩnh cv Hệ số lưu lượng van Dv Hệ số tắt dần dv Đường kính con trượt van E Modun khối E’ Hiệu suất modun khối e Sai số điều khiển i dòng điện cuộn dây Fcoil Lực điện từ F Lực tương tác của dòng chảy vào phần ứng Ff Lực ma sát Fc Lực ma sát coulomb Fs Lực ma sát tĩnh Fext Ngoại lực Fdt Lực điện từ fhs Hệ số ma sát L Điện cảm cuộn dây lDG Độ dài cơ cấu đòn gánh mt Khối lượng tổng mAft, mBft Khối lượng dầu trong xilanh ngăn A, B mp Khối lượng piston mspond Khối lượng phần ứng MP1,P2 Mô men do lực tác động trong xilanh P1, P2 gây ra MP3,P4 Mô men do lực tác động trong xilanh P3, P4 gây ra MLX Mô men lò xo MPistonM Mô men piston MCD1,CD2 Mô men điện từ tương tác giữa 2 cuộn dấy CD1, CD2 vii N Số vòng dây kspring Độ cứng lò xo KM Ma trận hệ số mô men cơ cấu chấp hành KLi Hệ số tổn hao lưu lượng KB Hệ số truyền của bơm KBDDC Hệ số biến đổi điện cơ cơ cấu khếch đại thủy lực KCCDT Hệ số mô men cơ cấu điện từ Kv Hệ số khuếch đại Jm Mô men quán tính của tải JGL Mô men quán tính giá lắc JĐG Mô men quán tính đòn gánh R Điện trở r Bán kính lõi từ P Áp suất Ps Áp suất nguồn PA Áp suất ngăn công tác A xilanh PB Áp suất ngăn công tác B xilanh PT Áp suất bình chứa PL Vector hiệu áp suất đầu ra và đầu vào cơ cấu thủy lực P1 Vector Áp suất đầu vào cơ cấu thủy lực/Lực tì piston P2 Vector Áp suất đầu ra cơ cấu thủy lực/ Lực tì piston Qs Lưu lượng nguồn Qp Lưu lượng bơm QRV Lưu lượng đường hồi dầu Q Lưu lượng QA Lưu lượng dầu đi vào ngăn A xilanh QB Lưu lượng dầu đi vào ngăn B xilanh Q1, Q2, Q3, Q4 Lưu lượng của các buồng van QL Lưu lượng tổn hao QLi Lưu lượng tổn hao bên trong QLe Lưu lượng tổn hao bên ngoài QB Lưu lượng giá lắc Sdt Tiết diện lõi từ uv Điện áp đưa vào cuộn dây ucd2,3 Điện áp cuộn dây 2, 3 viii u Tín hiệu điều khiển s Mặt trượt VA Thể tích ngăn công tác A bao gồm thể tích đường ống nối VB Thể tích ngăn công tác B bao gồm thể tích đường ống nối xv Khoảng dịch chuyển con trượt van xp Khoảng dịnh chuyển của piston xK1,2 Khoảng dịch chuyển cơ cấu kim nón α Tỷ số tiết diện của 2 mặt piston αd Hệ số lưu lượng dòng chảy αDG Góc quay của cơ cấu đòn gánh μ Độ thẩm từ δ(xv) Hàm khe hở cơ cấu điện từ ωv Tần số (ω=2πf) ωGL Tốc độ góc giá lắc ωĐG Tốc độ quay của cơ cấu đòn gánh σ Hệ số ma sát viscous θ Góc quay ωt Tốc độ quay τ Mô men τcan Mô men cản τDCCH Mô men động cơ chấp hành it Tỷ số truyền γB Góc nghiêng của giá lắc βe Mô đun đàn hồi của dầu thủy lực ξ Nhiễu ix DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1. Sơ đồ khối hệ thống truyền động thủy lực. Tính tương đồng giữa mạch điện và mạch thủy lực. Phương pháp điều chỉnh dùng van tiết lưu.

Phương pháp điều chỉnh lưu lượng. Phương pháp điều chỉnh động cơ dẫn động bơm (nguồn sơ cấp) 13 Hình 1. Sơ đồ hệ truyền động thủy lực. Sơ đồ khối dạng vòng kín của các hệ servo thủy lực.

Mô hình van điện từ .9 Sơ đồ khối cơ cấu điều chỉnh và chấp hành thủy lực dạng thể tích. Sự thay đổi của 𝑠(𝑡) theo thời gian. Sự thay đổi của 𝑥 (𝑡) → 𝛿, 𝛿 > 0, đối với mặt trượt thường và tích phân 48 Hình 2.3 Sơ đồ khối kết hợp thiết kế bộ điều khiển phi tuyến với bộ quan sát đánh giá nhiễu .1 Hình ảnh ZSU-23-4 và mô hình tương đương chuyển động hai kênh của tháp pháo. Sơ đồ khảo sát tính toán các tham số cơ khí phần cụm hướng.

Sơ đồ khảo sát tính toán các tham số cơ khí phần cụm tầm. Lưu đồ thuật toán mô phỏng số trong Matlab-simulink .