Đoàn kết – trung thực – sáng tạo – hiệu quả - chất lượng

Thông tin kết quả nghiên cứu đề tài KH&CN cấp Bộ mã số B2016-TNA-06 do PGS.TS. Nguyễn Văn Chí - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên chủ nhiệm

Đăng ngày: 08-01-2020 | 258 lần đọc
|

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung

  • Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo và nghiên cứu thuật toán điều khiển thích nghi cho hệ thống giảm chấn tích cực có khả năng tái tạo năng lượng sử dụng kết hợp bù nhiễu
  • Mã số:   B2016-TNA-06
  • Chủ nhiệm đề tài:  PGS.TS. Nguyễn Văn Chí
  • Tổ chức chủ trì:  Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
  • Thời gian thực hiện:  07/2016 – 07/2018

2. Mục tiêu

Mục tiêu chung:

Mục tiêu chung của đề tài này là tập trung vào mục tiêu chính là thiết kế và thực thi bộ điều khiển dập tắt dao động cho hệ thống giảm chấn tích cực điện từ dùng cơ cấu chấp hành là động cơ tuyến tính sử dụng bộ điều khiển thích nghi có sử dụng bù nhiễu với mục đích điều khiển lực cản dịu sao cho hệ thống ít dao động.  Để làm được điều này đề tài thực hiện thiết kế các mạch vòng điều khiển bên trong như điều khiển lực và điều khiển dòng cho động cơ tuyến tính sao cho tạo ra lực cản dịu giống như yêu cầu từ bộ điều khiển dập tắt dao động ở mạch vòng ngoài thiết lập. 

Mục tiêu cụ thể:

  • Xác định mô hình hệ thống giảm chấn tích cực điện từ sử dụng cơ cấu chấp hành là động cơ tuyến tính.
  • Nghiên cứu và xác định mô hình động cơ tuyến tính.
  • Thiết kế bộ điều khiển dập tắt dao động sử dụng bộ điều khiển thích nghi có bù nhiễu để điều khiển lực cản dịu sao cho hệ thống ít dao động.
  • Mô phỏng và đánh giá hệ thống.
  • Cài đặt trên thiết bị thực, hiệu chỉnh, nhận xét và đánh giá.

3. Tính mới và tính sáng tạo

  • Phát triển thuật toán quan sát trạng thái cho hệ giảm chấn tích cực sử dụng phương pháp sigma point.
  • Phát triển thuật toán điều khiển thích nghi hệ thống giảm chấn tích cực sử dụng chiến lược thiết kế áp đặt điểm cực và cascade.

4. Kết quả nghiên cứu

  • Đề tài đã nghiên cứu các vấn đề chung về hệ thống giảm chấn, phân loại hệ thống giảm chấn, các yêu cầu của hệ thống giảm chấn. Đề tài đã nghiên cứu tổng quan về các phương pháp điều khiển hệ thống giảm chấn bán tích cực và hệ thống giảm chấn tích cực. Một số vấn đề liên quan đến tiêu thụ năng lượng và tái tạo năng lượng một phần. 
  • Đề tài đã xây dựng mô hình toán học của hệ thống giảm chấn tích cực đã được thiết kế. Xác định các tham số vật lý của hệ thống bằng đo đạc và quy hoạch thực nghiệm. Đề tài cũng đã so sánh đáp ứng của đầu ra giữa mô hình lý thuyết và hệ giảm chấn thực nghiệm. Kết quả so sánh cho thấy mô hình toán đã phản ánh khá chính xác đáp ứng của hệ thống giảm chấn, việc tồn tại sai lệch giữa hai mô hình do các nguyên nhân như hệ số ma sát, hệ số cản dịu của lốp xe chưa xác định được một cách chính xác. Sai lệch mô hình này sẽ được giảm thiểu nhờ sách lược điều khiển thích nghi. 
  • Đề tài đã phân tích sự ảnh hưởng của vận tốc xe đến các trạng thái của hệ thống giảm chấn, đặc biệt là dao động mặt đường tác động lên hệ.  Để quan sát trạng thái của hệ giảm chấn đề tài đã sử dụng phương pháp dựa trên bộ lọc sigma point trong đó các hàm hiệp phương sai của sai lệch quan sát sẽ thay đổi phụ thuộc vào tốc độ của xe, điều này cho phép quan sát tốt hơn các biến trạng thái của hệ thống giảm chấn và đặc biệt là dao động kích thích từ mặt đường. Kết quả tính toán từ dữ liệu thực nghiệm cho một profile mặt đường đã được thực hiện, kết quả quan sát sẽ có sai số nhỏ hơn khi tốc độ của xe lớn hơn, tương ứng với đặc tính phân bố dao động của mặt đường có bề rộng nhỏ hơn.  
  • Đề tài trình bày một phương pháp điều khiển hệ thống giảm chấn tích cực sử dụng chiến lược điều khiển cascade thích nghi. Mạch vòng trong được áp dụng cách điều khiển áp đặt điểm cực nhằm thay đổi tính chất động học của hệ giảm chấn khi không có kích thích từ mặt đường nhằm điều chỉnh thời gian dập dao động tự do của hệ. Mạch vòng ngoài sử dụng chiến lược điều khiển thích nghi, tín hiệu điều khiển thích nghi được tính toán dựa vào sai lệch các biến trạng thái giữa đầu ra của hệ giảm chấn trong điều kiện có kích thích từ mặt đường và mô hình mẫu. Mô hình mẫu chính là mô hình hệ kín đã có bộ điều khiển áp đặt điểm cực ở mạch vòng trong. Cơ cấu thích nghi sẽ tính toán tín hiệu điều khiển bù lại sự ảnh hưởng của dao động mặt đường lên hệ thống giảm chấn. Kết quả mô phỏng cho hai trường hợp profile mặt đường và profile mặt đường ngẫu nhiên với các tốc độ khác nhau của xe cho thấy khả năng giảm thiểu dao động và giảm thiểu động học bánh xe của hệ, qua đó giảm ảnh hưởng của dao động mặt đường và giảm nhỏ động lực học bánh xe.  

5. Sản phẩm

Stt

Tên sản phẩm

Số lượng

Yêu cầu khoa học

1

Hệ thống giảm chấn tích cực điện từ điều khiển bằng máy tính có cài đặt thuật toán ổn định thích nghi kết hợp bù nhiễu với cơ cấu chấp hành là động cơ tuyến tính.

01

Hệ thống giảm chấn tích cực điện từ, khoảng cách tác dụng < 100mm, tốc độ đáp ứng max 1.7m/s, lực đẩy max 100N.

 

2

 

Công bố kết quả trên bài báo quốc tế

02

1.  Chi Nguyen Van, “State Estimation Based on Sigma Point Kalman Filter for Suspension System in Presence of Road Excitation Influenced by Velocity of the Car”,  Journal of Control Science and Engineering, Volume 2019, https://doi.org/10.1155/2019/6898756, SCOPUS

2.  Chi Nguyen Van, Hoang Dang Danh, “Cascade Adaptive Control for Active Suspension System”, volume 6  Issue 9–Month 2019, DOI: 0.14445/23488379/IJEEE-V6I9P101

3

Hồ sơ thiết kế kỹ thuật của cả hệ thống giảm chấn    

01

Mô tả đầy đủ các thiết kế về cơ khí, mạch điện và hệ thống điều khiển

4

Hướng dẫn học viên cao học và sinh viên NCKH

01

Học viên cao học ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Nguyễn Hoàng Việt

Tên đề tài: Nghiên cứu điều khiển hệ thống giảm chấn tích cực

Năm bảo vệ:  12/2016

5

Tài liệu hướng dẫn chuyển giao công nghệ - Báo cáo tổng kết

01

Bộ tài liệu mô tả đầy đủ hệ thống từ thiết kế kỹ thuật đến hướng dẫn sử dụng

6. Khả năng áp dụng và phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu:

Từ các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể chuyển sang giai đoạn sản xuất thử nghiệm để hoàn thiện công nghệ tiến tới chuyển giao cho các nhà máy, công ty sản xuất các phương tiện vận tải.

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information

  • Project title: Design, Manufacturing and Research on Adaptive Control Algorithm for the Active supension system
  • Code number:  B2016-TNA-06
  • Coordinator:  Assoc. Prof  Nguyen Van Chi
  • Implementing institution: Thai Nguyen University of Technology
  • Duration: from  07/2016  to  07/2018

2. Objective(s)

General Objective:

Design, manufacture and impement the adaptive controller in order to reduce the vibrations of the active suspension system using linear motor actuator.

Particular Objective:

  • Implement the practice model of the active suspension system with linear motor actuator.
  • Research and determine the model of the linear motor.
  • Design the adaptive controller to reduce the vibrations of the active suspension.
  • Simulate and test the designed system.
  • Install in the practice active suspension system.

3. Creativeness and innovativeness

  • Present the state observer for active suspension using the sigma point Kalman Filter.
  • Present the adaptive control for the active suspension system using the pole assign method and cascade design method.

4. Research results

  • Summing up overview of the suspension systems, the control strategies for the active suspension and passive suspension system.
  • Building the practice active suspension model using linear motor actuator.
  • Determning the mathermatical model of the active suspension, the physical parameters are determined.
  • Using the sigma point Kalman filter to observe the states of the active suspension system Presence of Road Excitation Influenced by Velocity of the Car.
  • Introducing the adaptive control strategies in order to reduce the vibarations of the active suspension.

5. Products

  • The practice active suspension system, the active distance < 100mm, max responce velocity 1.7m/s, max force 100N.
  • Chi Nguyen Van, “The algorithm of State Estimation Based on Sigma Point Kalman Filter for Suspension System in Presence of Road Excitation Influenced by Velocity of the Car”, Published in Journal of Control Science and Engineering, Volume 2019, https://doi.org/10.1155/2019/6898756, Indexed Scopus.
  • Chi Nguyen Van, Hoang Dang Danh, “The algorithm of adaptive control for active suspension systems using pole assign method and cascade design method”, published in International Journal of Electrical and Electronics Engineering- IJEEE. Volume 6 Issue 9 - September 2019. DOI: 0.14445/23488379/IJEEE-V6I9P101.
  • The engineering profile of the active suspension system.
  • 01 Master thesis: Nguyen Hoang Viet, Adaptive control for active suspension systems, 12/2016.

6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results

The research results can be applied to make the  prototype and then it can be transfered to the company producing the vehicles.