Luận văn Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cung cấp nhiên liệu cho động cơ ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN HƯNG THƯ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ Ô TÔ Chuyên ngành : Tự ñộng hóa Mã số: 60.52.60 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đà Nẵng – năm 2012 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Thành Bắc Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn sẽ ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Tự ñộng hóa họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày ... tháng 06 năm 2012. Có thể tìm hiều luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 1 MỞ ĐẦU 1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Thiết kế hệ thống ñiều khiển tự ñộng cung cấp nhiên liệu cho ñộng cơ ô tô nhằm mục ñích: - Loại bỏ hiện tượng kẹt hoặc bó hay xảy ra với cơ cấu bướm ga ñiều khiển bằng cơ khí do lò xo bướm ga không thể hồi về. Điều này ngăn cản bướm ga ñóng lại (gây hiệu ứng chạy quá ở ñộng cơ). - Bướm ga ñiều khiển ñiện tử cũng giúp giảm khí thải và cải thiện mức ñộ tiêu hao nhiên liệu ở ñộng cơ. - Ưu ñiểm chính của bướm ga ñiều khiển ñiện tử chính là nó cho phép ñộng cơ có thể kết hợp ñiều khiển momen với ñiều khiển hành trình chạy xe, ñiều khiển lực kéo và ñiều khiển ổn ñịnh. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu của ñề tài là ñiều khiển mô tơ ñiện một chiều quay bướm ga trong ñộng cơ xe Toyota ñời 5A-FE. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống ñiều khiển cấp nhiên liệu, sự ảnh hưởng của các thông số, góc mở của bướm ga ñến hệ thống. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các phương pháp ñiều khiển ñộng cơ một chiều và thiết kế hệ thống ñiều khiển tự ñộng cung cấp nhiên liệu cho ñộng cơ ô tô. Thiết kế hệ thống ñiều khiển vị trí bướm ga và mô phỏng kết quả trên phần mềm Matlab Sinmulink. 2 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu tổng quan về hệ thống ñiều khiển bướm ga ñiện tử, hệ thống cấp nhiên liệu cho ñộng cơ ô tô, các cảm biến sử dụng trong ô tô và khối cấp gió của ñộng cơ. Nguyên cứu các kỹ thuật ñiều khiển vị trí cho ñộng cơ DC: ñiều khiển mờ, thích nghi, neural, PID... và lựa chọn phương án thiết kế hệ thống. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống ñiều khiển vị trí bướm ga dùng ñộng cơ DC bằng phần mềm Matlab. 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ TÀI Tối ưu hóa quá trình cung cấp nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và các vấn ñề khác liên quan ñến kỹ thuật ñiều khiển hệ thống tự ñộng. Có thể kết hợp với một số bộ ñiều khiển khác và tích hợp thêm một số cảm biến trên ô tô nhằm tăng ñộ an toàn cho người ñiều khiển xe, mở ra phương pháp ñiều khiển mới tối ưu. 5. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Chương 1: Tổng quan về hệ thống cung cấp nhiên liệu ñiện tử trên ô tô. Chương 2: Động cơ ñiện một chiều và các phương pháp ñiều khiển vị trí ñộng cơ ñiện 1 chiều. Chương 3: Thiết kế hệ thống tự ñộng cung cấp nhiên liệu dùng ñộng cơ ñiện một chiều. Chương 4: Điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu trên ñộng cơ ô tô ứng dụng ñiều khiển mờ. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU 1.1.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu ñã và ñang sử dụng 1.1.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu trên ñộng cơ xăng 1.2. HỆ THỐNG ETCS-I 1.2.1. Mô tả Góc mở của bướm ga thông thường ñược ñiều khiển trực tiếp bằng dây cáp nối từ bàn ñạp ga ñến bướm ga ñể mở và ñóng nó. Trong hệ thống này, dây cáp ñược loại bỏ, và ECU ñộng cơ dùng môtơ ñiều khiển bướm ga ñể ñiều khiển góc mở của bướm ga ñến một giá trị tối ưu tương ứng với mức ñộ ñạp bàn ñạp ga. Ngoài ra, góc mở của bàn ñạp ga ñược nhận biết bằng cảm biến vị trí bàn ñạp ga, và góc mở của bướm ga ñược nhận biết bởi cảm biến vị trí bướm ga. Hệ thống ECTS-i bao gồm cảm biến vị trí bướm ga, ECU ñộng cơ và cổ họng gió. Cổ họng gió bao gồm bướm ga, môtơ ñiều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga và các bộ phận khác. Trong ñó ECM(Engine Control Unit) là một modul của ECU. 1.2.2. Cấu tạo và hoạt ñộng Góc mở của bướm ga thông thường ñược ñiều khiển trực tiếp bằng dây cáp nối từ bàn ñạp ga ñến bướm ga ñể mở và ñóng nó. Trong hệ thống này, dây cáp ñược loại bỏ, và ECU ñộng cơ dùng môtơ ñiều khiển bướm ga ñể ñiều khiển góc mở của bướm ga ñến 4 một giá trị tối ưu tương ứng với mức ñộ ñạp bàn ñạp ga. Ngoài ra, góc mở của bàn ñạp ga ñược nhận biết bằng cảm biến vị trí bàn ñạp ga, và góc mở của bướm ga ñược nhận biết bởi cảm biến vị trí bướm ga. Hệ thống ECTS-i bao gồm cảm biến vị trí bướm ga, ECU ñộng cơ và cổ họng gió. Cổ họng gió bao gồm bướm ga, môtơ ñiều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga và các bộ phận khác. Hình 1.4. Hệ thống ñiều khiển bướm ga ñiện tử thông minh 1.2.2.1. Cấu tạo và hoạt ñộng của cổ họng gió 1.2.2.2. Các chế ñộ ñiều khiển ETCS-i ñiều khiển góc mở của bướm ga ñến giá trị tối ưu nhất tùy theo mức ñộ nhấn của bàn ñạp ga. Về cơ bản, ñộng cơ sử dụng chế ñộ bình thường, nhưng có thể dùng công tắc ñiều khiển ñể chuyển sang chế ñộ công suất cao hay ñi ñường tuyết. + Điều khiển chế ñộ thường Đây là chế ñộ ñiều khiển cơ bản ñể duy trì sự cân bằng giữa tính dễ vận hành và chuyển ñộng êm. 5 + Điều khiển chế ñộ ñường trơn trượt Chế ñộ ñiều khiển này giữ cho góc mở bướm ga nhỏ hơn so với chế ñộ bình thường ñể tránh trượt khi lái xe trên ñường trơn trượt trong trường hợp này ma sát bánh xe với mặt ñường nhỏ do vậy ở chế ñộ này ñộng cơ xe chạy ở tốc ñộ thấp ñể ñảm bảo không bị trơn trượt ví dụ như ñường có tuyết rơi. + Điều khiển chế ñộ công suất cao Ở chế ñộ này, bướm ga mở lớn hơn so với chế ñộ bình thường. Do ñó, chế ñộ này mang lại cảm giác ñộng cơ ñáp ứng ngay với thao tác ñạp ga và xe vận hành mạnh mẽ hơn so với chế ñộ thường. Chế ñộ này chỉ có ở một số kiểu xe. 1.3. CÁC CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 1.3.1. Các cảm biến 1.3.1.1. Cảm biến vị trí bướm ga (TPS) 1.3.1.2. Cảm biến vị trí bàn ñạp ga APPS 1.3.2. Cơ cấu chấp hành 1.3.3. Mô tơ ñiều khiển bướm ga 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Trong chương tác giả ñã giới thiệu tổng quan về hệ thống cung cấp nhiên liệu trên ô tô, hệ thống ñiều khiển bướm ga ñiện tử thông minh và các cảm biến ñược sử dụng trong hệ thống ñiều khiển ô tô. Các khái quá trên sẽ làm cơ sở lý thuyết ñể thiết kế hệ thống ñiều khiển bướm ga ñiện tử sử dụng ñộng cơ ñiện 1 chiều 24V ñược trong chương 3. 6 CHƯƠNG 2 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1. KHÁI QUÁT CHUNG Hiện nay ñộng cơ ñiện một chiều vẫn ñược dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền ñộng ñiện chất lượng cao, dải công suất ñộng cơ một chiều từ vài W ñến hàng MW. Đây là loại ñộng cơ ña dụng và linh hoạt, có thể ñáp ứng yêu cầu mômen, tăng tốc, và hãm với tải trọng nặng. Động cơ ñiện một chiều cũng dễ dàng ñáp ứng với các truyền ñộng trong khoảng ñiều khiển tốc ñộ rộng và ñảo chiều nhanh với nhiều ñặc tuyến quan hệ mômen - tốc ñộ, tốc ñộ - vị trí. Trong ñộng cơ ñiện một chiều, bộ biến ñổi ñiện chính là các mạch chỉnh lưu ñiều khiển. Chỉnh lưu ñược dùng làm nguồn ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng ñộng cơ. 2.1.1. Mô tả toán học 2.1.1.1. Chế ñộ xác lập của ñộng cơ ñiện một chiều 2.1.1.2. Chế ñộ quá ñộ của ñộng cơ ñiện một chiều 2.2.2.3. Trường hợp khi từ thông kích từ không ñổi 2.1.2. Mô tả toán học chỉnh lưu ñiều khiển 2.2. ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ VÀ NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ 2.2.1. Nguyên tắc xây dựng hệ ñiều chỉnh vị trí 2.2.2. Hệ ñiều chỉnh vị trí tuyến tính 7 2.3. TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ PID CHO ĐỘNG CƠ DC 2.3.1. Các thông số ban ñầu 2.3.1.1. Biến dòng ño lường Tính chất của bộ biến dòng tương tự với bộ chỉnh lưu, ta có hàm truyền bộ biến dòng là: . 2.3.1.2. Máy phát tốc Hàm truyền của máy phát tốc có dạng: 2.3.1.3. Cảm biến vị trí Hàm truyền của cảm biến phản hồi vị trí có dạng: 2.3.2. Tổng hợp các mạch vòng ñiều khiển 2.3.2.1. Tổng hợp mạch vòng dòng ñiện Trên hình 2.12 là sơ ñồ mạch vòng ñiều chỉnh dòng ñiện. Hình 2.12. Sơ ñồ mạch vòng ñiều chỉnh dòng ñiện Trong ñó: 8 u u u L R T = : Hằng số thời gian ñiện từ của mạch phần ứng Ki=Rs: Điện trở của mạch Sensor Ti=R.C : Hằng số thời gian của sensor dòng ñiện. J : Momen quán tính Viết ngắn gọn lại ta có sơ ñồ như trên hình 2.13. Hình 2.13. Mạch vòng dòng ñiện Từ sơ ñồ trên hình 2.12 và hình 2.13 ta có hàm truyền của ñối tượng ñiều khiển của mạch vòng ñiều chỉnh dòng ñiện:       += + = PTTKK TR R TKKp PTpR usiicl uu u si icl u i 11 ...2 . ...2 1)( (2.23) Ri(p) là khâu tỷ lệ - tích phân (PI). Hình 2.14. Sơ ñồ cấu trúc của hệ ñiều chỉnh tốc ñộ và vị trí 2.3.2.2. Tổng hợp mạch vòng tốc ñộ Viết gọn sơ ñồ hình 2.14 ta có sơ ñồ mạch vòng ñiều chỉnh tốc ñộ như trên hình 2.15. 9 Hình 2.15. Sơ ñồ mạch vòng ñiều chỉnh tốc ñộ sww Ci w TKR TCuKpR 2.. ..)( = (2.25) Vậy Rω(p) là khâu tỷ lệ (P). Tiêu chuẩn này ñược sử dụng khi hệ thống khởi ñộng ñã mang tải, lúc ñó ta không coi IC là nhiễu nữa. 2.3.2.3. Tổng hợp mạch vòng vị trí Sơ ñồ cấu trúc hệ thống ñiều chỉnh vị trí còn lại như hình 2.16. Hình 2.16. Sơ ñồ cấu trúc hệ thống ñiều chỉnh vị trí Trong ñó: i K r 1 = : Hệ số khuếch ñại của bộ truyền lực. (2.28) Tsω =Tω + 2Tsi = Tω+ 2(Tdk + Tv + Ti ) (2.29) Khi dùng chuẩn tối ưu module. ωωω ω KpTp p sd 1 . 41 1 )( )( + = (2.31) 10 Nếu khi tổng hợp mạch vòng vị trí Rϕ(p) dùng chuẩn tối ưu modul, ta có hàm truyền của bộ ñiều khiển vị trí như sau: )41( 2.. )( pT TKK KpR s r ω ϕϕ ω ϕ += (2.36) Sau khi tổng hợp ra các bộ ñiều khiển, ta có sơ ñồ cấu trúc của hệ thống ñiều khiển vị trí ñộng cơ ñiện một chiều như trên hình 2.16. Rϕ(p) cũng là khâu tỷ lệ – ñạo hàm (PD). 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Chương 2 cho ta một cách nhìn tổng quát về hệ ñiều khiển vị trí, sự ứng dụng phổ biến và rộng rãi của hệ ñiều khiển vị trí trong công nghiệp. Các khâu trong hệ ñiều khiển vị trí ñều ñược phân tích và mô hình hoá, tuyến tính hoá khi cần thiết phục vụ cho quá trình mô phỏng hệ thống. Hệ ñiều khiển vị trí tuyến tính ñược thiết kế theo phương pháp kinh ñiển nó ñã ñược tổng hợp dựa vào các tiêu chuẩn tối ưu modul và tiêu chuẩn tối ưu ñối xứng nhằm ñạt ñược chất lượng ñiều khiển tốt nhất. Tuy vậy ñã chứng minh ñược ñặc tính ñiều khiển của bộ ñiều khiển vị trí là phi tuyến nên ñể nâng cao chất lượng ñiều khiển của hệ thống thì việc thực hiện bộ ñiều khiển vị trí phi tuyến là cần thiết và vô cùng cấp bách ñặc biệt khi cần thiết kế các hệ ñiều khiển vị trí ñáp ứng ñược các chỉ tiêu chất lượng cao và rất cao về thời gian quá ñộ ngắn, ñộ chính xác cao... 11 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 3.1 TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ BƯỚM GA Cảm biến vị trí của bàn ñạp ga biến ñổi mức ñạp xuống của bàn ñạp ga (góc) thành một tín hiệu ñiện ñược chuyển ñến ECU ñộng cơ. Ngoài ra, ñể ñảm bảo ñộ tin cậy, cảm biến này truyền các tín hiệu từ hai hệ thống có các ñặc ñiểm ñầu ra khác nhau. Cảm biến này cũng có hai loại cảm biến : loại tuyến tính và loại phần tử Hall. Trong thiết kế này sử dụng loại phần tử Hall. Điện áp ñiều khiển ñược lấy từ cảm biến vị trí bàn ñạp ga. Khi ñiện áp ra của cảm biến là 0V, tức là chưa có tín hiệu ñiều khiển nhưng lúc khởi ñộng máy thì ñiện áp ñặt vào hệ thống là 0,5V ứng với góc mở của bướm ga là 100 ñể duy trì máy hoạt ñộng ở chế ñộ garanty. Góc mở của bướm ga tăng tỉ lệ thuận với ñiện áp ñiều khiển ñầu vào. Điện áp ra của cảm biến là 4,5V ứng với góc mở hoàn toàn của bướm ga là 900. 3.1.1. Các thông số cơ bản 3.1.2. Tính toán các thông số và xây dựng hàm truyền ñộng cơ ñiện một chiều 12 Hình 3.2. Sơ ñồ cấu trúc của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập Từ sơ ñồ cấu trúc của ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập dùng ñể tính toán các tham số trình bày trên hình 3.2. Hàm truyền ñộng cơ có dạng: ( ) )1161,0( 35,17 1 )( + = + = sssTs k sK dc dc dc 3.1.3. Tính toán các thông số và xây dựng hàm truyền cho hệ thống Hình 2.14. Sơ ñồ cấu trúc của hệ ñiều chỉnh vị trí - Vòng ñiều khiển dòng ñiện       +=+= − ppTTKK TR pR usiibd uu i 026,0 11 10.6,4.85,1.24.2 026,0.56,7)11( ..2 .)( 3 Vậy ta có hàm truyền của bộ ñiều khiển dòng ñiện như sau: 13       += p pRi 026,0 1148,0)( (3.18) - Vòng ñiều khiển tốc ñộ Ta có hàm truyền bộ ñiều khiển tốc ñộ như sau: 324,1 10.2,10.2.10.23,7.56,7 0114,0.07,0.85,1 2.. ..)( 33 === −− ωω ω s Ci TKR TCuKpR (3.21) Vậy )( pRω là khâu tỉ lệ (P). 9474 0114,0.07,0 56,7 . === C kd TCu RK (3.22) - Vòng ñiều khiển vị trí Bộ ñiều chỉnh vị trí Rϕ(p) )10.2,10.21( 3,0.2.10.10.4 .10.23,7)21( 2.. )( 33 3 ppT TKK KpR s r − − − +=+= pi ω ϕϕ ω ϕ )02,01(24,0)( ppR +=ϕ (3.23) 3.2. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ KHI CHƯA CÓ BÙ MỜ Thay các thông số ñã tính ñược và dùng phần mềm Simulink ta có sơ ñồ mô phỏng hệ ñiều chỉnh vị trí như trên hình 3.3 Cho chạy chương trình mô phỏng với nhiều giá trị của vị trí ñặt khác nhau ta có kết quả như các ñồ thị vẽ ñược ở các hình 3.12 ñến hinh 3.15. Ba chỉ tiêu chất lượng của hệ thống là ñộ quá ñiều chỉnh σmax, thời gian quá ñộ Tmax, và số lần dao ñộng n sẽ do các yêu cầu thiết kế ñặt ra. 14 3.2.1. Sơ ñồ mô phỏng hệ thống ñiều khiển vị trí bướm ga Hình 3.3. Sơ ñồ mô phỏng hệ ñiều khiển vị trí dùng ñộng cơ DC 15 3.2.2. Kết quả tốc ñộ và vị trí bướm ga ứng với từng mức ñiện áp ñiều khiển 3.2.3. Kết quả ñáp ứng tốc ñộ và vị trí của ñộng cơ theo thời gian tăng ga + Tốc ñộ: 0 2 4 6 8 10 -50 0 50 100 150 200 250 300 0.5V 1V 2V 3V 5V Hình 3.12. Đáp ứng tốc ñộ của ñộng cơ với tín hiệu ñiều khiển tối ña 5V theo thời gian tăng ga Với tín hiệu ñiều khiển là hàm ramp và giới hạn ñiện áp ñiều khiển là 5V ta có biểu ñồ thể hiện tốc ñộ ñộng cơ theo thời gian tăng tốc thực tế sau 4s khởi ñộng như hình 3.12. Qua hình 3.12 ta thấy khi thời gian tăng tốc càng nhanh thì tốc ñộ ñộng cơ dao ñộng lớn, khi thời gian tăng tốc càng nhỏ thì ñộ dao ñộng nhỏ, ñiều này ảnh hưởng tới ñáp ứng vị trí của hệ thống như sau: 16 + Vị trí: 0 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 5V 3V 2V 1V 0.5V Hình 3.13. Đáp ứng vị trí của ñộng cơ với tín hiệu ñiều khiển tối ña 5V theo thời gian tăng ga Nhận xét: Theo biểu ñồ mối quan hệ ñáp ứng vị trí theo thời gian tăng tốc như hình trên ta thấy: - Thời gian tăng tốc càng nhanh thì tốc ñộ ñộng cơ tăng càng nhanh nhưng ñộ quá ñiều chỉnh về vị trí lớn vì do quán tính của ñộng. Khi thời gian tăng tốc càng nhỏ thì ñộ quá ñiều chỉnh vị trí càng giảm. - Vị trí bướm ga cũng tăng tỉ lệ thuận với tốc ñộ, tốc ñộ càng nhanh thì ñáp ứng vị trí ñến góc mở 900 cũng càng nhanh và ngược lại. 17 3.2.4. Kết quả ñáp ứng tốc ñộ và vị trí tối thiểu của ñộng cơ theo thời gian giảm ga + Tốc ñộ: 0 2 4 6 8 10 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 0.5V 5V 1V 2V 3V Hình 3.14. Đáp ứng tốc ñộ của ñộng cơ với tín hiệu ñiều khiển tối thiểu -5V theo thời gian giảm ga Khi giảm ga thì ñộng cơ quay với chiều ngược lại ñể ñưa vị trí bướm ga quay theo chiều ngược lại ñể giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho ñộng cơ ô tô, giảm tốc ñộ ñộng cơ ô tô. + Vị trí: 0 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0.5V 1V 2V 3V 5V Hình 3.14. Đáp ứng vị trí của ñộng cơ với tín hiệu ñiều khiển tối thiểu -5V theo thời gian giảm ga 18 Khi giảm ga, tức ñặt giá trị ñiều khiển theo chiều âm cho ñộng cơ quay ngược thì ñáp ứng chỉ tiêu chất lượng vị trí tương tự như chiều tăng ga. Động cơ ñiều khiển vị trí bướm ga ñược lắp thêm hộp giảm tốc, ngoài tác dụng giảm tốc của ñộng cơ ñể truyền ñến trục bướm ga thì còn có tác dụng giữ bướm ga quay với giới hạn vị trí từ 00 ñến 900 qua các cơ cấu cơ khí. 3.3. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHIỀU QUAY BƯỚM GA 3.3.1. Mở bướm ga 3.3.2. Đóng bướm ga Hình 3.16. Bướm ga ñóng quay theo chiều kim ñồng hồ 3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 Qua chương 3 ta thấy hệ thống ñược thiết kế với bộ ñiều khiển như trên ổn ñịnh, tuy ñáp ứng về tốc ñộ chưa cao, hệ có dao ñộng nhưng vẫn ñáp ứng ñược yêu cầu ñáp ứng vị trí của hệ. Theo kết quả như trên ta thấy thời gian ñáp ứng vị trí của hệ ñạt yêu cầu so với công nghệ. Thực tế ta thấy thời gian ổn ñịnh vị trí của 19 hệ thống lâu xấp xỉ 4s do ñó trong chương 4 tác giả sử dụng bộ ñiều khiển mờ bù vị trí của hệ bằng cách bù tín hiệu ñiện áp ñiều khiển ñầu vào nhằm ñạt thời gian ổn ñịnh nhanh,giảm ñộ vọt lố của hệ. CHƯƠNG 4 ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ 4.1. BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ 4.1.1. Phân tích tính phi tuyến của bộ ñiều khiển vị trí 4.1.2. Sự cần thiết của bộ ñiều khiển mờ 4.2. XÂY DỰNG KHÂU BÙ MỜ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU 4.2.1 Mờ hóa 4.2.2 Luật ñiều khiển và luật hợp thành Bảng các luật ñiều khiển mờ STT Góc quay Bù tốc ñộ Số mệnh ñề 1 AV Z 1 2 AN Z 1 3 Z Z 1 4 DN DN 1 5 DV DL 1 4.2.3 Bộ giải mờ 4.3. MÔ PHỎNG HỆ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ BƯỚM GA CÓ BÙ MỜ 20 4.3.1. Sơ ñồ mô phỏng hệ thống ñiều khiển vị trí bướm ga Hình 4.6. Sơ ñồ mô phỏng hệ ñiều chỉnh vị trí khi sử dụng khâu bù mờ VI TR I P H TO CD O 0. 5 TH DA T 0 TA I PI D Rw PI D Rv PI D Ri 1 s Ra m p1 1 0. 02 s+ 1 Ra m p 10 /pi 0. 3s + 1 PH VT 2. 89 e- 3 0. 00 1s + 1 PH TD 1. 85 0. 00 2s + 1 PH DD HC TD - K- Ga in 1 GO C QU AY BU OM GA FU ZZ Y 0. 50 4 0. 15 83 1 0. 01 s+ 1 17 . 35 0. 16 1s + 1 DT DK DO NG 1 25 2. 6s DO I T OC 21 4.3.2. Chương trình mô phỏng viết trên M – File 4.3.3. Kết quả mô phỏng 4.3.2.1. Với Uϕ ñặt = 0,5 V 4.3.2.2. Với Uϕ ñặt = 5 V 4.3.2.3 Với Udk là hàm ramp Với tín hiệu ñiều khiển là hàm ramp tức là ñiện áp ñiều khiển tăng và giảm theo từng thời gian tùy theo mức ñộ ñạp ga của người ñiều khiển, ta có ñáp ứng vị trí như sau: 0 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 5V 3V 2V 1V 0.5V 0 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 5V data2 data3 1V 0.5V Hình a. Chưa có bộ ñiều khiển mờ Hình b. Có bộ ñiều khiển mờ Hình 4.11. Đồ thị mô phỏng vị trí tăng ga khi Udk ñặt sau 3s 0 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0.5V 1V 2V 3V 5V 0 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0.5V 1V 2V 3V 5V Hình a. Chưa có bộ ñiều khiển mờ Hình b. Có bộ ñiều khiển mờ Hình 4.12. Đồ thị mô phỏng vị trí giảm ga khi Udk ñặt sau 4s Tùy theo mức ñộ ñạp ga nhanh hay chậm của người ñiều khiển mà ñộng cơ quay nhanh hay chậm ñể bướm ga ñạt ñến vị trí mong 22 muốn. Với tín hiệu ñiều khiển ñặt vào hệ thống có thời gian nhất ñịnh thì chỉ tiêu chất lượng của hệ thống có bộ ñiều khiển mờ cao hơn, ñộ quá ñiều chỉnh thấp hơn, và thời gian quá ñộ giảm, hệ thống nhanh ñạt tới vị trí mong muốn của người ñiều khiển. Bên cạnh ñó ta có thể kết hợp thêm các cảm biến khác như cảm biến áp suất ñường ống nạp, cảm biến nhiệt ñộ khí nạp, cảm biến lượng ô xy trong không khí... ñể kết hợp vào bộ ñiều khiển mờ ñể bù vị trí cho hệ khi ô tô hoạt ñộng ở các chế ñộ khác nhau như chế ñộ ñường trường, ñường dốc, ñường tuyết, chế ñộ tiết kiệm nhiên liệu ... 4.4. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG Trên cơ sở thiết kế mạch và kết quả như trong mục 4.3. tác giả mở rộng chế ñộ làm việc của hệ thống khi ô tô vận hành trên ñường tuyết, ñường trơn trượt hoặc ñường dốc, ñường trường bằng cách thay ñổi tín hiệu ñiều khiển ñặt vào hàm Ramp. 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 Power Mode Normal Mode Snow Mode Hình 4.13. Đồ thị quan hệ giữa vị trí bướm ga với ñiện áp ñiều khi