Chương I: Giới thiệu. Trình bày các nội dung lý do chọn đẻ tải, mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài. ~ Chương 2: quan tài liệu. Tóm tắt những cơ sở lý thuyết về hệ thống.
thủy lực và những bộ điều khiển được nghiên cứu và ứng dụng trong đề tài. — Chương 3: Nội dung nghiên cứu. Trình bày các công việc và phương pháp thực hiện để đạt những mục tiêu đề ra, cũng như kết quả đạt được. — Chương 4: Kế ân và hướng pháp triển CHUONG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ở nước ta hiện nay, quá trình nghiên cứu và sản xuất các máy kéo nén mới bắt đầu phát triển.
Đặc biệt là đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống máy thí nghiệm vạn năng điều khiển servo có độ chính xác cao phục vụ các mục đích dân sự và công nghiệp quốc phon; do Trường Đại học Trần Đại Nghĩa và Tổng cục Kỹ thuật - Bộ Quốc Phòng chủ trì (http://cesti. 241 Lịch sử phát triển hệ thống thủy lực Từ những năm 1938 van điều khiển thủy lực ra đời, làm cho quá trình điều khiển dễ dàng hơn [4]. Đến nam 1967 HE Merritt di xay dung nhiều sơ đồ mạch điều khiển thủy lực và nhiều mô hình khác nhau cho các loại van thủy lực khác nhau trong đó có van chảy tràn áp suất [5-7] và van tỷ lệ lưu lượng [§, 9]. Dựa trên nền tản đó ngày nay ệ thống thủy lực ngày cảng phát triển cùng với sự ra đời của van servo, van ty lệ làm cho hệ thống điều khiển tự động ngày càng phát triển, song song.
với sự phát triển đó thì có nhiều bộ điều khiển ra đời làm cho quá trình điều khiến được chính xác và ôn định. Để xác định được bộ điều khiển tối ưu như mong muốn, nghiên cứu này tiến hành khảo sát từng phương pháp để dn định lực như: Thay đổi tốc độ động cơ bơm dầu, thay đồi áp suất bằng van servo, van tỷ lệ Lực nén từ xilanh thủy lực được tạo ra từ áp suất của bơm dầu, nếu điều khiển được giá trị áp suất này thi nó cũng chính là giá trị lực nén trên xilanh. Chính vì thế mà [2, 3, 10] đã xây dựng hệ thống thủy lực như (Hình 2. ij == xilanh M f bom Hình 2.1: Sơ đồ điều khiển xalianh bằng bơm dầu § Ở phương pháp này áp suất trên xilanh sẽ thay đổi được thông qua bộ biến tần của động cơ bơm dau.
Như vậy hệ thống có hai biến đầu ra là lực và vị trí, biến đầu ra là tần số. Hệ thống điều khiền nảy đã ứng dụng trên máy nén TYE-300, may kéo nén vạn năng WE-6000. Kết quả cho thấy, lực nén trên xilanh đạt yêu thiết kế. Với phương pháp này chỉ ứng dụng phù hợp với hệ thống có một xilanh, trong khi với máy kéo nén vạn năng WE-1000B hiện tại có đến 3 xilanh, nên việc ứng dụng phương pháp cần trang bị thêm một nguồn bơm độc lập.
Một cách khác, có thể sử dụng van servo thủy lực để điều khiễn xilanh [I1], ich thié này thì yêu cầu xilanh phải có dạng hai chiều, hệ thông phải được thiết kế mới từ bang đầu mới đạt được mong muốn về độ chính xác trong quá trình điều khiển. Với phương pháp này đề tài không áp dụng vì hệ van servo có giá thành rất cao và không phù hợp với xilanh một chiều. Điều khiển lực nén trên xilanh sử dụng van giảm áp [12] là loại van có đặc tính ngược lại với van chảy tràn áp suất, van này thường đóng nên áp suất ban đầu rất lớn, không phù hợp cho nghiêm cứu này.2 Mô hình toán học van tỷ lệ chảy tràn áp suất Để xây dựng được mô hình toán học của van tỉ lệ chảy tran áp suất cần phải diễn tả được sơ đổ nguyên lí làm việc của van như [13], phân tích các yếu tố từ đó việc tính toán các thông số được thuận lợi và đễ dàng hơn, xây dựng một bộ điều khién có hồi tiếp. ẽ càng chính xác hơn.
Theo [14-16] sơ đồ mô tả chỉ tiếp như (Hình 2. Về thành phần cấu tạo cơ bản thì van chảy tràn áp suất có 3 phần chính là: Van chính, van dẫn phụ và cuộn cảm tỷ lệ. Tín hiệu điện áp Ug được cấp vào cuộn cảm. ứng tỷ lệ, lực từ sinh ra một suất điện động làm cho van dẫn phụ chuyên động, chuyên động này sẽ làm thay đồi áp lực trên van chính làm van chính chuyền động, áp suấ it qua van sẽ thay đổi theo.
Mô hình toán của van được chia thành các thành phần chính. C2 ke 2 Ac 2 Qs Hình 2.2 Sơ đồ mô tả hoạt động van tỉ lệ chảy tràn áp suất Tir m6 tả hoạt động của van theo (Hình 2.2), việc tính toán các thông số cơ bản để xây dựng mô hình toán học cho van tỷ lệ áp suất, theo [14] ta có: ~ Mô hình toán học của bộ khuếch đại tỷ lệ: 10 KIS (2.1) Trong đó: + I(s) Dòng điện ngõ ra từ bộ khuếch đại, A.2) Trong đó: + Fe Lực từ, N +K; Độ lợi, A/V - Hàm truyền của van dẫn phụ và van chính: 7 + Phương trình lưu lượng liên tục qua Q1 Q¡(S) = 0y¡(S) + 25P2; + 0;(5) (23) Trong đó: Qai(s): Lưu lượng chảy qua lỗ khoan Q¡ Q¿¡(s): Lưu lượng của lỗ khoan Vạ Q.4) + Phương trình lưu lượng liên tục trong budng Ve Qc(s) = Espels) + Acsxva(s) (2.5) + Phương trình lưu lượng ngỏ vào van chính buồng Q;: Qs(8) = Qi2(8) = Qyos) + Opn(8) + Am25%v2(s) +Z5p5(s) + Œ,ps(S) (2.6) + Phương trình cân bằng của con trượt van chính: Acp.7) + Phương trình cân bằng áp suất của van chính: Qyz(S) = Kqaxya(S) — Kcap;(S) (2.9) Trong đó: Ve: Thé tich diéu khién của van chính, mỀ Ac: Dign tich của con trượt van chinh, m? P.(s): Áp suất của van dẫn phụ, MPa Mb: Khối lượng của con trượt van chính, kg X.2(s): Khoản địch chuyển của con trượt van chính, m Ko: Độ cứng lò xo của van chính Ps(s): Áp suất đầu ra của van dẫn phu, MPa 8 Q,(s): Lưu lượng ngõ ra của bơm , mÌ B: Tỷ số đàn hồi của van chính Q¡2(s): Tốc độ dòng khi có tả ‘i, m* V: tích đạt được sau bom, m* Q¿2(s): Lưu lượng chảy qua van chinh, m? Kạo: Lưu lượng ngõ ra của van chính, mỀ K¿a: Hệ số áp suất của van chính Fu(s): Lực điều khiển con trượt của van chính Xây dựng sơ đồ hàm truyền của van tỷ lệ chảy tràn, theo [14, 15] sơ đồ hàm truyền được mô phỏng trên Matlab Simulink Ug Uo. Xe te Ke | 46 @ fof ki @ — Us #- b Kos: Hình 2.3 Sơ đồ mô phỏng trên MatLab Simulink “Theo [14], sau quá trình mô phỏng và tính toán các thông số, hàm truyền của van được xác định theo công thức (2.227 Reuse aaa HS) ==, aaa (2.10) Nhu theo [17] thi ham truyền van có dạng bậc 2 như công thức (2.11) này sẽ được sử dụng như là mô hình tham chiếu. cho quá trình nhận dạng mô hình thực trên van chảy tràn EDG-01 ở (Chương 3).
Mô hình toán học van tỷ lệ lưu lượng Trong hệ thống điều khiên thủy lực có rất nhiều loại van để sử dụng cho quá trình điều khiển lưu lượng, ở đây đề tài sử dụng bộ valve EFBG-03-125, lưu lượng. chảy qua van sẽ tỉ lệ với cường độ dòng điện được đưa vào cuộn coïl có tổng trở 40 © theo [18, 19] hàm truyền van tỷ lệ lưu lượng như sau: (2.12) -_ Trong đó: + kạ là hệ số lưu lượng của bộ khuếch đại van tỷ lệ + øy là tần số dao động tự nhiên của van tỷ lệ + ð là tỷ số đàn hồi của van + s là biến đổi Laplace Tit [20] và [19] hàm truyền của van là: 1 1S) = coosmeonessHi 2:13) Công thức (2.13) này sẽ được sử dụng như là mô hình tham chiếu cho quá trình nhận dạng mô hình thực trên van lưu lượng EFBG-03-125. Mô hình toán học xi lanh thủy lực ~ Xác định hàm truyền xilanh thủy lực G(0): Trong hệ thống thủy lực của máy. kéo thép WE-1000B thi xilanh thủy lực chỉ điều khiển có một chiều chuyển động.4) el pin a ĐẠI oO bom Z7 Hình 2.4 xilanh thủy lực điều khiển một chiều 10 Khi xilanh ở chế độ điều khiển một chiều [19, 21-23] phương trình cân bằng.
lực của xilanh thủy lực được biểu diễn như công thức (2.14) Trong đó + P¡ là áp suất của buồng 1 + Ai là diện tích buồng 1 A, = mr? = 3.15) +m = 800 kg là khối lượng của piston, dựa vào thông số nhà sản xuất. + B là hệ số đàn hồi của dầu thủy lực theo [24] thì B có giá trị 1000 Ns/m và giá trị này có thể thay đổi cho phù hợp với dầu thủy lực đang sử dụng. + V là vận tốc xilanh + FL là ngoại lực: Quá trình điều khiển lực nén một chiều không có ngoại lực tác động, và xi lanh cũng không có lò xo phản lực nên F¡ là hằng số + fla lực ma sát: trong hai quá trình điều khiển vận tốc và gia lực thì lực ma Viết lại công thức (2.14) dưới dạng biến đổi Laplace như sau: P,(s)Ay = (ms + B)V(s) + F(s) + f(s) (2.16) Như đã xét các yếu tố ngoại lực nêu trên thì F(s) và f(s) bằng hằng số nên biến đổi Laplace sẽ bằng không. Thì phương trình (2.17) Nếu lấy tỉ số V và P thì sẽ có phương trình hàm truyền của xilanh G(h) =6) _ _4i 6Œ)= PS) ms+E (2.5 Sơ đồ quá trình điều khiển vận tốc và ứng lực trên xilanh Từ sơ đổ mạch thủy lực có thê xây dựng được sơ đồ mạch điều khiển ở 2 c¡ độ điều khiển khác nhau là điều khiển ỗn định vận tốc, điều khiển ổn định vận tốc ứng lực (gia tốc) hoặc kết hợp cả 2 (đề tài chưa thực hiện).
Cả hai chế độ điều khiển này thì van đảo chiều chỉ có tác dụng xả dầu thủy lực về bể chứa. Sơ đồ hệ thống điều khiển như (Hình 2.5) được xây dựng gồm các thành phần: bơm, xỉ lanh thủy lực, hệ van tỷ lệ áp suất và lưu lượng, cảm biến áp suất và cảm. biến chuyển vị 1I AD căm ¥ xuly 488M | _— g| má = BA HH | 5! vanhnuhọng | Bộ chọn. xử | chế độ 9 | iin ‘aw ba Lo) Beamer |_,[ Ven im ay | juts, | __+[ bin [of Bu tàn p mắc | vận tốc + if Hinh 2.5 So dé hé théng diéu khién máy kéo nén Từ thực tế, theo yêu cầu của tiêu chuan Việt Nam thì với sơ đồ hệ thống đi: khiển đưa ra ở (Hình 2.5) có 2 tín hỉi 'u vào à 2 tín hiệu ra.