I. Tính cấp thiết của nghiên cứu
Hệ thống truyền động khí nén (TĐKN) được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhờ vào những ưu điểm như chi phí thấp, vận tốc hoạt động lớn, và dễ bảo trì. Tuy nhiên, các hệ thống này có đặc tính động lực học phức tạp do tính nén của không khí và lực ma sát trong các cơ cấu chấp hành (CCCH) khí nén. Ma sát ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và chất lượng điều khiển của hệ thống TĐKN. Việc nghiên cứu và xây dựng mô hình ma sát phù hợp là rất cần thiết để nâng cao hiệu suất hoạt động và chất lượng điều khiển. Mặc dù nhiều mô hình ma sát đã được đề xuất, việc lựa chọn mô hình phù hợp nhất cho việc mô phỏng và điều khiển vẫn chưa được thực hiện. Do đó, nghiên cứu này nhằm giải quyết vấn đề khoa học quan trọng này.
II. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào hai mục tiêu chính: Thứ nhất, lựa chọn một mô hình ma sát phù hợp nhất cho việc mô phỏng hệ thống TĐKN. Thứ hai, xây dựng một phương pháp điều khiển mới cho vị trí của xy lanh khí nén dựa trên mô hình ma sát. Việc đạt được những mục tiêu này sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và chất lượng điều khiển của hệ thống TĐKN, từ đó nâng cao khả năng ứng dụng trong thực tiễn công nghiệp.
III. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng hai phương pháp chính: phương pháp lý thuyết kết hợp với mô phỏng và phương pháp thực nghiệm. Hệ thống thực nghiệm TĐKN được thiết kế với các thành phần như van tỉ lệ lưu lượng khí nén, xy lanh khí nén, và cảm biến áp suất. Các đặc tính hoạt động của hệ thống được đo đạc và phân tích dưới các điều kiện khác nhau. Mô hình toán học của toàn bộ hệ thống được xây dựng, trong đó tích hợp mô hình ma sát đã lựa chọn. Ba mô hình ma sát được khảo sát bao gồm mô hình ma sát trạng thái ổn định, mô hình ma sát LuGre, và mô hình ma sát LuGre cải tiến.
IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả nghiên cứu sẽ đóng góp vào lĩnh vực Máy và tự động thủy khí bằng cách làm rõ phạm vi ảnh hưởng của ba mô hình ma sát trong mô phỏng động lực học hệ thống TĐKN. Nghiên cứu cũng sẽ bổ sung một phương pháp mới điều khiển vị trí pít-tông xy lanh khí nén tại các điểm dừng trung gian. Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để nâng cao hiệu quả trong việc thiết kế và lựa chọn các phần tử của hệ thống TĐKN, từ đó cải thiện chất lượng điều khiển trong các máy và dây chuyền tự động khí nén công nghiệp.
V. Những đóng góp mới của nghiên cứu
Nghiên cứu này đã đánh giá được ảnh hưởng của ba mô hình ma sát đến khả năng mô phỏng đặc tính hoạt động của hệ thống TĐKN. Mô hình ma sát LuGre cải tiến được chỉ ra là mô hình phù hợp nhất cho các CCCH khí nén. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề xuất một phương pháp điều khiển mới kết hợp với bù ma sát, cải thiện chất lượng điều khiển vị trí pít-tông xy lanh khí nén. Những đóng góp này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong ngành công nghiệp.
