Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 7 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

CHƯƠNG 7 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

Tải bản đầy đủ - 0trang

7.1. Tín hiệu điều khiển

Tín hiệu điều khiển được lấy từ các cảm biến. Như trong phần tổng quan về hệ

thống TCS đã giới thiệu về cấu tạo hệ thống chống trượt quay, về cơ bản ta có các

cảm biến về tốc độ của động cơ và tốc độ góc của bánh xe. Ngồi ra để tránh tình

trạng sai về tín hiệu điều khiển khi xe quay vòng, hay xe bị nghiêng( một bánh nhấc

khỏi mặt đường) thì ta có thêm các cảm biến về góc đánh lái, gia tốc ngang. Một hệ

thống như vậy có thể quan sát theo sơ đồ sau:



Hình 7.1 sơ đồ điều khiển

Trên thực tế vấn đề nghiên cứu của đồ án vẫn còn sơ khai nên thông số chủ

yếu được sử dụng ở đây là tốc độ góc của các bánh xe.

7.2. Q trình điều khiển hệ thống

Thông thường TCS không đặt ở chế độ thường trực mà làm việc khi người lái

phát hiện phương tiện của mình bị trượt thì chọn mode TCS.Khi TCS được bật lên

thì các hệ thống của nó bắt đầu làm việc. Các tín hiệu về tốc độ góc của các bánh,

tốc độ động cơ thì ECU sẽ tính toán ra lượng điều khiển phanh và động cơ quá trình

mơ tả theo 4 bước:

Bước 1: Từ giá trị về vận tốc góc các bánh xe ta tính ra sự sai khác về độ trượt

các bánh xe chủ động.



86



Bước 2: Từ tín hiệu về gia tốc ngang ta xác định hệ số trượt mong muốn và

lượng trượt khác nhau mong muốn của các bánh chủ động.

Bước 3: Xác định chu kỳ điều khiển phanh mong muốn, tức là thời gian tăng

áp, giảm áp, giữ áp dựa vào sự khác nhau về độ trượt của 2 bánh chủ động và độ

trượt mong muốn.

7.3. Thuật toán điều khiển

Từ đặc điểm của các phương pháp nhóm đồ án lựa chọn phương pháp điều

khiển theođộ trượt được xác định bởi các công thức trong phần tổng quan về hệ

thống TCS.

Thuật toán điều khiển TCS:

Khi bắt đầu phanh: ECU nhận tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc góc bánh xe,

tính tốn xác định gia tốc góc ( λ ), so sánh với vùng λ đã chọn là từ 15%÷30%

- Khi giá trị độ trượt của xe tăng quá độ trượt ngưỡng trên ( λ >0,3), khi đó hệ

thống thực hiện chế độ tăng áp (Pp tăng);

- Khi giá trị gia tốc góc bánh xe giảm nhỏ hơn giá trị giá trị gia tốc ngưỡng

dưới ( λ <0,15) hệ thống thực hiện chế độ giảm áp (Pp giảm).

- Khi gia tốc góc nằm giữa ngưỡng trên và ngưỡng dưới (0.15 ≤ λ ≤ 0,3): hệ

thống thực hiện chế độ giữ áp để duy trì bánh xe hoạt động trong vùng này.



Hình 7.4: Thuật tốn điều khiển TCS theo giá trị gia tốc góc giới hạn



B: ĐIỀU KHIỂN TẢI ĐỘNG CƠ



87



Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe.

Ở đây với φx và φy là hệ số bám dọc và hệ số bám ngang của bánh xe khi phanh.

Do khi bánh xe bị trượt quay và khi bánh xe bị trượt lết do phanh đều mất khả năng

truyền lực nên ta có thể áp dụng biểu đồ thay đổi hệ số bám trên cho trường hợp

bánh xe trượt quay.

Qua các đồ thị chúng ta thấy khi độ trượt nằm trong khoảng 10% - 30% thì giá trị

bám dọc xấp xỉ max còn giá trị bám ngang cũng tương đối cao.

Ta coi 30% là ngưỡng xảy ra hiện tượng trượt quay của bánh xe vì khi vượt qua

giá trị này thì hệ số bám ngang giảm rất nhanh và hệ số bám dọc của bánh xe cũng

thấp .



88



Thuật toán điều khiển hệ thống.

Ta coi như các bánh xe bị động là không trượt và vận tốc trung bình của hai bánh

xe bị động là vận tốc của xe. Khi đó có thể xét độ trượt của bánh xe trong quá trình

trượt quay phụ thuộc vào vận tốc trung bình giữa 2 cầu . Do khi trượt quay mômen

truyền tới bánh chủ động lớn, vận tốc của bánh chủ động sẽ lớn hơn so với vận tốc

bánh bị động nên độ trượt sẽ được tính theo cơng thức sau :

λ = (VWR - VWF)/VWR

VWR=(VWRL +VWRR)

VWF=(VWFL +VWFR)

Với VWF :Vận tốc trung bình của cầu trước ,

89



VWFL : vận tốc bánh trái cầu trước, VWFR: vận tốc bánh phải cầu trước,

VWR: Vận tốc trung bình của cầu sau,

VWRL : vận tốc bánh trái cầu sau , VWRR: vận tốc bánh phải cầu sau .

Cách tính này ngược lại khi xe phanh, vì khi phanh bánh xe cầu sau bị lết, vận

tốc nhỏ hơn bánh xe cầu trước.

Khi hệ số trượt vượt qua ngưỡng trên thì hệ thống sẽ điều khiển cơ cấu điều

chỉnh dây ga hoạt động, nhả dây ga làm cho lượng nhiên liệu đi vào động cơ giảm

xuống . Mômen do động cơ truyền tới bánh xe chủ động giảm xuống , vận tốc bánh

xe chủ động giảm và khi độ trượt nằm trong giới hạn cho phép thì hệ thống sẽ điều

chỉnh cơ cấu kéo dây ga về vị trí ban đầu.

Với các cảm biến đặt ở 4 bánh xe gửi về bộ xử lý trung tâm của hệ thống để đưa

về thơng số vận tốc của các bánh nhờ đó ta tính ra được độ trượt của xe khi đang

hoạt động. Ngồi ra với cảm biến encoder gửi về để tính toán độ dài dịch chuyển

của dây ga .



90



Sơ đồ khối điều khiển hệ thống.

Đề xuất mạch điều khiển hệ thống :

Với việc sử dụng động cơ có cơng suất nhỏ và cần lấy nhiều các giá trị để xử lý

và tính tốn nên em chọn vi xử lý Atmega32 làm bộ xử lý trung tâm .

Đặc điểm của VXL:

• Sử dụng kiến trúc RISC AVR.

• AVR kiến trúc RISC có chỉ tiêu chất lượng cao và tiêu thụ ít năng lượng.

• 118 lệnh mạnh, hầu hết được thực hiện trong 1 chu kỳ xung nhịp.

• 32 kbytes RAM flash lập trình được ngay trên hệ thống. điều này cho phép ta

có thể thay đổi chương trình điều khiển mà khơng cần lấy chip ra khỏi mạch.

91



• Giao diện nối tiếp SPI để lập trình ngay trên hệ thống.

• Chịu được 100.000 lần ghi/ xố.

• Bộ nhớ EEPROM 512 byte.

• Bộ biến đổi ADC 8 kênh, 10 bit tăng độ phân giải khi xử lý các biến tương tự

• 32x8 thanh ghi làm việc đa năng.

• 32 đường vào ra lập trình được.

• UART nối tiếp lập trình được.

• Điện thế hoạt động: 2,7V- 5,5V.

• Vùng tốc độ làm việc: 0 – 16 MHz.

• Có mạch Power- On reset.

• Tốc độ xử lý lệnh lên đến 8MIPS ở 8MHz.

• Bộ đếm thời gian thực (RTC) với bộ dao động và chế độ đếm tách biệt.

• Hai bộ đếm/ bộ định thời 8 bit với chế độ so sánh và chia tần số tách biệt.

• Một bộ đếm/ bộ định thời 16 bit với chế độ so sánh và chia tần số tách biệt và

chế độ bắt mẫu (Capture).

• Ba kênh PWM (biến điệu độ rộng xung).

• Các nguồn ngắt ngồi và trong.

• Bộ định thời watchdog lập trình được với bộ dao động trên chip.

• Bộ so sánh tương tự có sẵn trên chip.

• Có ba chế độ ngủ: nghỉ (Idle), tiết kiệm năng lượng (Power save) và Power

down.

• Khố bảo mật phần mềm lập trình được.

Trên vi xử lý Atmega32 có 3 chân ngắt tràn INT0, INT1, INT2 và 3 chân

TIMER-COUNTER (bộ đếm ) T0, T1, T2 .



92



Mạch điều khiển hệ thống.

Ta sẽ sử dụng 5 chân để lấy tín hiệu đầu vào cho vi xử lý , bao gồm 4 cảm biến

tốc độ của 4 bánh xe và tín hiệu của encoder . Với V1, V2,V3,V4 lần lượt là chân

tín hiệu cảm biến vận tốc bánh cầu trước trái, cầu trước phải, cầu sau trái, cầu sau

phải tương đương với các chân PB0 ,PB1, PD2,PD3 của vi xử lý.

Do tín hiệu tốc độ từ bánh xe gửi về là xung vng nên khơng cần phải xử lý tín

hiệu, tín hiệu của encoder rất nhỏ nên qua bộ khuyếch đại thuật tốn sử dụng

LM358 để đưa tín hiệu vào vi xử lý. Tín hiệu sau khi qua LM358 đưa vào chân PB2

( ngắt ngoài INT2) của vi xử lý để đếm số xung và qua đó có thể tính ra được đoạn

dịch chuyển của dây ga.

Chân điều khiển động cơ giống như một cơng tắc đóng ngắt cho động cơ, và để

đảo chiều quay của động cơ tương ứng với quá trình nhả ga hay thu dây ga về .

Động cơ được nối với một mạch cầu tranzito để có thể đảo chiều quay, mạch cầu

này được điều khiển qua 4 chân L1, L2,R1,R2 tương ứng với các chân PC0, PC1,

93



PC2, PC3 của vi xử lý. Muốn động cơ quay theo chiều thuận ta cấp điện vào các

chân L1 và R2 của mạch cầu , còn muốn động cơ quay ngược lại chỉ cần cấp điện

cho hai chân L2 và R1.

Nguyên lý làm việc của hệ thống :

Dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến gửi về, Atmega 32 sẽ xử lý các tín hiệu đó,

tính tốn , so sánh với giá trị ngưỡng trượt .Nếu xảy ra hiện tượng trượt quay của

bánh xe, vi xử lý sẽ đồng thời cấp điện vào hai chân PC0 và PC3, động cơ được cấp

điện làm quay bánh răng bị động , cùng lúc này mắt đọc cảm biến encoder phát ra

tín hiệu gửi về vi xử lý. Qua việc đếm xung mà encoder gửi về thì vi xử lý sẽ tính ra

độ dịch chuyển của dây ga ( cứ 8 xung bánh răng bị động quay được 1 vòng và dây

ga dịch chuyển 0,5mm) . Khi dây ga dịch chuyển được một đoạn 1mm thì vi xử lý

sẽ ngắt điện chân điều khiển động cơ, cơ cấu ngừng hoạt động. Và vi xử lý lại tiếp

tục tính tốn độ trượt và so sánh với ngưỡng điều khiển nếu như độ trượt nhỏ hơn

giá trị cho phép thì lúc này vi xử lý sẽ mở hai chân PC1, PC2 để điều khiển cơ cấu

kéo dây ga về vị trí ban đầu.

Với những thông số trên em đưa ra khoảng dịch chuyển của dây ga trong quá

trình làm việc là 12mm và được chia ra thành 6 khoảng bằng nhau, mỗi khoảng điều

khiển tương ứng với 2mm và 32 xung của cảm biến encoder. Khi xảy ra hiện tượng

trượt quay , bộ xử lý sẽ điều khiển động cơ và làm dây ga giãn ra đồng thời cảm

biến encoder cũng gửi tín hiệu về bộ xử lý và khi vi xử lý đếm đủ 32 xung thì sẽ

ngừng cấp điện cho động cơ. Với việc điều khiển như vậy thì dây ga sẽ được nhả ra

mỗi lần 2mm cho tới khi bánh xe khơng còn trượt quay nữa , lúc này bộ xử lý sẽ

điều khiển động cơ kéo dây ga về với vị trí ban đầu.

Thử nghiệm cơ cấu điều chỉnh dây ga

Sau khi gia cơng chế tạo và hồn thành cơ cấu , em tiến hành thử nghiệm tại

phòng thí nghiệm khoa Cơ Khí Động Lực – Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên.

Động cơ tiến hành thử nghiệm là động cơ diesel của dòng xe KIA Besta 96/98 ,

động cơ có nhiều nét tương đồng đối với động cơ Model :YC4F115-20 của xe tải

cần thiết kế.

Do công nghệ gia cơng còn nhiều hạn chế và để dẽ dàng trong quá trình thử

nghiệm nên em chế tạo một mẫu thử đơn giản để có thể lắp lên động cơ để kiểm tra

hoạt động của cơ cấu.

94



Thử nghiệm trực tiếp trên động cơ nên không thể lấy được các thông số tốc độ

của các bánh xe để điều khiển hệ thống, do đó q trình thử nghiệm thì động cơ

điện được điều khiển để nhả dây ga ra từng khoảng 2mm và thu hồi dây ga lại về vị

trí ban đầu.



Động cơ thử nghiệm diesel Kia Besta



95



Cơ cấu điều chỉnh dây ga lắp trên động cơ thử nghiệm.

Các bước thử nghiệm :

-



Gắn cơ cấu điều chỉnh lên cần điều chỉnh nhiên liệu của bơm cao áp, một



đầu dây ga gắn vào khớp cầu trên trục vít của cơ cấu,

Khởi động động cơ, chỉnh lại độ căng dây ga để đưa động cơ về q trình

khơng tải,

Sau khi động cơ nổ ổn định, từ từ nhấn bàn đạp ga xem sự thay đổi tải của

động cơ trước và sau khi lắp cơ cấu lên,

Giữ ngun vị trí bàn đạp ga, sau đó điều khiển cơ cấu để nhả dây ga 2mm,

nhả 6 lần và cách đều nhau.

Điều khiển cơ cấu kéo dây ga về vị trí ban đầu.



96



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 7 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×