Luận án tiến sĩ về điều khiển tốc độ trục quay truyền động bằng động cơ thủy lực

• Tác giả: Trần Ngọc Hải
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Cung
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Khiển Tốc Độ Của Trục Quay Truyền Động Bằng Động Cơ Thủy Lực
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Đà Nẵng

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Lịch sử phát triển của hệ truyền động và điều khiển tự động thủy lực
• 1.2. Các công trình đã được công bố có liên quan đến nội dung nghiên cứu
• 1.3. Hệ truyền động và điều khiển tải trọng hệ thủy lực
• 1.4. Hệ truyền động và điều khiển vận tốc hệ thủy lực
• 1.5. Hệ truyền động và điều khiển vị trí hệ thủy lực
• 1.6. Các công bố có liên quan khác
• 1.7. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC
• 2.1. Tổng quan về hệ thống truyền động thủy lực
• 2.2. Cấu trúc cơ bản của hệ truyền động thủy lực
• 2.3. Các tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng thủy lực
• 2.4. Động cơ thủy lực
• 2.5. Van tỷ lệ và van servo
• 2.6. Nguyên tắc tương tự điện - thủy lực
• 2.7. Tổng quan về hệ thống điều khiển thủy lực
• 2.8. Phân tích tổng quan về lịch sử và phân loại điều khiển các hệ thống thủy lực
• 2.9. Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển
• 2.10. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐÁP ỨNG QUÁ ĐỘ VỀ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CỦA TRỤC QUAY TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC
• 3.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu đáp ứng quá độ của trục quay truyền động bằng thủy lực
• 3.2. Phân tích tổng quan
• 3.3. Mô hình nghiên cứu
• 3.4. Thiết lập mô hình tính toán và mô tả toán học của hệ thống
• 3.5. Mô hình toán khi bỏ qua biến dạng đàn hồi của bộ truyền đai thang
• 3.6. Mô hình toán khi có tính đến biến dạng đàn hồi của bộ truyền đai thang
• 3.7. Mô phỏng đáp ứng quá độ về tốc độ của hệ
• 3.8. Phân tích các bộ điều khiển
• 3.9. Thiết kế bộ điều khiển PID tự điều chỉnh mờ
• 3.10. Khảo sát đáp ứng quá độ về điều khiển tự động tốc độ của trục quay
• 3.11. Các số liệu mô phỏng
• 3.12. Đáp ứng về tốc độ của trục quay
• 3.13. Kết luận chương
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CỦA TRỤC QUAY TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC
• 4.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm của trục quay truyền động bằng động cơ thủy lực
• 4.2. Tính toán cơ bản nguồn truyền động thủy lực
• 4.3. Chọn hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực
• 4.4. Chế tạo và lắp đặt thiết bị thực nghiệm của trục quay
• 4.5. Xác định thông số điều khiển và viết chương trình điều khiển hệ thống
• 4.6. Khảo sát thực nghiệm độ ổn định về điều khiển tốc độ của trục quay
• 4.7. So sánh các kết quả lý thuyết và thực nghiệm
• 4.8. Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ của dầu đến độ ổn định tốc độ của trục quay
• 4.9. Kết luận chương
• KẾT LUẬN CHUNG
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1
• PHỤ LỤC 2
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

I. Tổng quan về Nghiên cứu điều khiển tốc độ trục quay bằng động cơ thủy lực

Luận án Tiến sĩ "Nghiên cứu điều khiển tốc độ của trục quay truyền động bằng động cơ thủy lực" tập trung vào việc nâng cao chất lượng điều khiển các thiết bị thủy lực, đặc biệt là hệ thống truyền động quay. Điều khiển tốc độ động cơ thủy lực là một vấn đề phức tạp, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về động lực học của hệ thống thủy lực. Luận án nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu động lực học để tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị. Việc ứng dụng rộng rãi động cơ thủy lực trong các hệ thống công nghiệp hiện đại, từ máy ép nhấn đến robot công nghiệp và thiết bị quân sự, càng làm tăng tính cấp thiết của nghiên cứu này. Luận án đề cập đến việc sử dụng bộ điều khiển PID tự điều chỉnh mờ để điều khiển tốc độ trục quay, một giải pháp tiên tiến nhằm cải thiện chất lượng điều khiển. Hệ thống điều khiển thủy lực được phân tích chi tiết, bao gồm việc xây dựng mô hình toán học, phân tích đáp ứng quá độ, và thiết kế bộ điều khiển. Ngoài ra, luận án còn khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dầu đến hiệu quả điều khiển.

1.1. Động lực học của hệ điều khiển thủy lực và Mô hình toán học

Luận án tập trung vào phân tích động lực học của hệ thống điều khiển tốc độ trục quay bằng động cơ thủy lực. Do tính chất phức tạp của hệ thống, việc xây dựng mô hình toán học chính xác là rất quan trọng. Luận án đề xuất hai mô hình toán học: một bỏ qua biến dạng đàn hồi của bộ truyền, một tính đến biến dạng đàn hồi. Sự khác biệt giữa hai mô hình này cho thấy ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi đến đáp ứng quá độ của hệ thống. Việc lựa chọn mô hình phù hợp phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu và đặc điểm của hệ thống cụ thể. Mô phỏng đáp ứng quá độ được thực hiện trên máy tính sử dụng phần mềm Matlab/Simulink, cho phép đánh giá hiệu quả của các thuật toán điều khiển. Phân tích điều khiển tập trung vào việc thiết kế và tối ưu hóa bộ điều khiển PID tự điều chỉnh mờ, một giải pháp hiệu quả trong việc xử lý các hệ thống phi tuyến tính và không chắc chắn. Mô hình nghiên cứu được thiết kế để khảo sát đáp ứng quá độ ở các tốc độ cài đặt khác nhau, giúp xác định các thông số điều khiển tối ưu.

1.2. Thiết kế bộ điều khiển PID tự điều chỉnh mờ và Khảo sát đáp ứng quá độ

Luận án tập trung vào việc thiết kế bộ điều khiển PID tự điều chỉnh mờ. Đây là một thuật toán điều khiển tiên tiến, thích hợp với các hệ thống có tính phi tuyến và không chắc chắn. Việc tự điều chỉnh cho phép hệ thống thích ứng với các thay đổi của điều kiện hoạt động, đảm bảo hiệu quả điều khiển cao. Khảo sát đáp ứng quá độ được thực hiện cả về lý thuyết và thực nghiệm. Các số liệu mô phỏng được thu thập từ mô hình trên Matlab/Simulink, trong khi kết quả thực nghiệm được thu thập từ hệ thống thực tế. Việc so sánh kết quả lý thuyết và thực nghiệm giúp đánh giá độ chính xác của mô hình và hiệu quả của bộ điều khiển. Giao diện Matlab/Guide được sử dụng để trực quan hóa dữ liệu và phân tích kết quả. Chỉ tiêu chất lượng đáp ứng quá độ được đánh giá dựa trên tiêu chuẩn ITAE. Luận án cũng khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dầu đến đáp ứng quá độ, một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong thiết kế hệ thống.

1.3. Ứng dụng thực tiễn và Kết quả nghiên cứu

Luận án có ý nghĩa thực tiễn cao. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trực tiếp vào thiết kế và điều khiển các hệ thống truyền động thủy lực trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Việc tối ưu hóa hiệu quả năng lượng động cơ thủy lực và nâng cao độ chính xác điều khiển sẽ giúp giảm chi phí vận hành và tăng năng suất. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí và hội nghị quốc tế, góp phần vào sự phát triển của lĩnh vực điều khiển tự động thủy lực tại Việt Nam. Ứng dụng công nghiệp động cơ thủy lực rất rộng rãi, từ ứng dụng công nghiệp nhẹ đến ứng dụng công nghiệp nặng. An toàn hệ thống thủy lực cũng được xem xét trong quá trình thiết kế. Chi phí vận hành động cơ thủy lực được tối ưu hóa nhờ vào việc áp dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến. Luận án cũng đề cập đến xu hướng công nghệ điều khiển thủy lực, giúp định hướng cho các nghiên cứu tương lai.