Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu hệ thống Hil Hardware-in-the-Loop thủy lực cho mô phỏng chuyển động cơ khí

Hệ thống HIL (Hardware-in-the-Loop) thủy lực là một công nghệ tiên tiến trong mô phỏng chuyển động cơ khí. Công nghệ này cho phép mô phỏng thời gian thực, giúp các nhà thiết kế có cái nhìn tổng quan về khả năng đáp ứng của sản phẩm trong điều kiện thực tế. Hệ thống HIL sử dụng năng lượng thủy lực để tạo ra lực tải lớn, từ đó mô phỏng chính xác các điều kiện vận hành. Việc áp dụng HIL trong các ngành công nghiệp như hàng không, ô tô, và chế tạo máy móc là rất quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh công nghiệp 4.0. Theo nghiên cứu của Chen và các cộng sự, việc sử dụng HIL đã cải thiện hiệu suất làm việc của các hệ thống thủy lực lên đến 68,2%. Điều này cho thấy giá trị thực tiễn của HIL trong việc tối ưu hóa quy trình thiết kế và thử nghiệm sản phẩm.

Thuật toán điều khiển mờ trượt thích nghi (AFSMC) là một giải pháp hiệu quả cho các hệ thống phi tuyến như HIL. AFSMC kết hợp ưu điểm của điều khiển chế độ trượt và điều khiển logic mờ, giúp giảm thiểu hiện tượng rung lắc trong quá trình vận hành. Phương pháp này không yêu cầu mô hình toán học chính xác của hệ thống, cho phép thiết kế điều khiển một cách trực quan. Nghiên cứu cho thấy AFSMC có khả năng duy trì độ chính xác cao trong điều kiện thay đổi của hệ thống, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của HIL. Việc áp dụng AFSMC trong các hệ thống HIL thủy lực không chỉ giúp cải thiện độ ổn định mà còn tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ.

Mô hình hóa hệ thống HIL là bước quan trọng trong việc phát triển và tối ưu hóa các ứng dụng thực tế. Hệ thống HIL với kết cấu 6 bậc tự do cho phép mô phỏng linh hoạt các chuyển động của vật thể. Việc sử dụng bộ truyền động điện thủy lực (EHA) trong mô hình hóa giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất. Các thành phần chính của hệ thống bao gồm bơm servo, xy lanh thủy lực và các khớp nối. Mô hình hóa chính xác các thành phần này là cần thiết để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động hiệu quả và đáp ứng được các yêu cầu trong thực tế. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng mô hình hóa trong thiết kế hệ thống HIL có thể giảm thiểu rủi ro và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Phân tích động học là một phần không thể thiếu trong nghiên cứu hệ thống HIL. Hệ thống này có tổng cộng 6 bậc tự do, cho phép thực hiện các chuyển động tịnh tiến và quay. Việc phân tích động học giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu. Các bài toán động học thuận và nghịch được giải quyết thông qua các phương trình bậc tự do tổng quát. Nghiên cứu cho thấy rằng việc hiểu rõ động học của hệ thống HIL không chỉ giúp cải thiện thiết kế mà còn nâng cao khả năng mô phỏng và kiểm tra sản phẩm trong điều kiện thực tế.

Hệ thống HIL có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không và chế tạo máy móc. Việc sử dụng HIL giúp các nhà thiết kế kiểm tra và đánh giá sản phẩm trong điều kiện gần giống thực tế, từ đó phát hiện và khắc phục các vấn đề trước khi đưa vào sản xuất. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng HIL không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn nâng cao độ an toàn và hiệu quả của sản phẩm. Các ứng dụng của HIL trong mô phỏng chuyển động đã chứng minh được giá trị của nó trong việc tối ưu hóa quy trình thiết kế và sản xuất.