Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Tổng hợp luật điều khiển cho một lớp hệ truyền động thủy lực phi tuyến có yếu tố bất định

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:168

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Tổng hợp luật điều khiển cho một lớp hệ truyền động thủy lực phi tuyến có yếu tố bất định" gồm các nội dung chính sau: Phân tích tổng quan về hệ truyền động điện thủy lực; Ứng dụng điều khiển trượt nâng cao trong các hệ phi tuyến bậc cao có nhiễu và bất định; Xây dựng luật điều khiển cho hệ truyền động điện thủy lực kiểu thể tích; Xây dựng luật điều khiển cho hệ truyền động thủy lực dạng tiết lưu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Tổng hợp luật điều khiển cho một lớp hệ truyền động thủy lực phi tuyến có yếu tố bất định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRỊNH ANH VĂN TỔNG HỢP LUẬT ĐIỀU KHIỂN CHO MỘT LỚP HỆ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC PHI TUYẾN CÓ YẾU TỐ BẤT ĐỊNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRỊNH ANH VĂN TỔNG HỢP LUẬT ĐIỀU KHIỂN CHO MỘT LỚP HỆ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC PHI TUYẾN CÓ YẾU TỐ BẤT ĐỊNH Ngành : Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số : 9 52 02 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Nguyễn Quang Hùng 2. PGS.TS. Nguyễn Thanh Tiên HÀ NỘI – 2024
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của tập thể giáo viên hướng dẫn. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực, không trùng lặp và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Tác giả luận án Trịnh Anh Văn
ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Quang Hùng và PGS.TS Nguyễn Thanh Tiên, đã tận tình hướng dẫn, định hướng những nội dung cần giải quyết, chỉ dẫn phương pháp giải quyết các vấn đề cần nghiên cứu, động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học và tập thể cán bộ Viện Tự động hóa Kỹ thuật Quân sự, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến giúp tôi hoàn thành nội dung nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn tới Thủ trưởng Tổng cục Công nghiệp quốc phòng, các bạn bè đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện để tôi tập trung thực hiện nghiên cứu, hoàn thành luận án. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ, khuyến khích để tôi có thêm nghị lực hoàn thành luận án. Tác giả luận án
iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ........................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................ ix MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THỦY LỰC ....................................................................................................... 8 1.1. Tổng quan về hệ truyền động điện thủy lực .......................................... 8 1.2. Tính điều khiển được của hệ truyền động thủy lực ............................. 10 1.2.1. Phương pháp điều chỉnh qua phần tử van điều chỉnh lưu lượng ...... 11 1.2.2. Phương pháp điều chỉnh lưu lượng thông qua năng suất bơm ..... 12 1.2.3. Phương pháp điều chỉnh động cơ dẫn động bơm.......................... 13 1.3. Các phần tử cơ bản của hệ thống truyền động thủy lực....................... 13 1.4. Mô hình động học điều khiển hệ truyền động thủy lực ....................... 15 1.4.1. Sơ đồ khối cơ bản của hệ truyền động bám điện thủy lực ............ 15 1.4.2. Phân tích xây dựng mô hình động học điều khiển hệ điện thủy lực với phương pháp điều chỉnh tiết lưu ....................................................... 16 1.4.3. Phân tích xây dựng mô hình động học điều khiển hệ điện thủy lực với phương pháp điều chỉnh lưu lượng - hệ truyền động thủy lực thể tích .......... 21 1.5. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động thủy lực ............................ 27 1.6. Xu hướng phát triển và sử dụng của hệ truyền động thủy lực ............. 27 1.6.1.Xu hướng phát triển nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống .... 28 1.6.2. Xu hướng phát triển các loại van thủy lực mới các tính năng điều khiển tuyến tính ....................................................................................... 28 1.6.3. Xu hướng phát triển các bộ điều khiển khi xét các hệ thủy lực là phi tuyến bậc cao và có nhiễu ....................................................................... 29 1.7. Phân tích các nghiên cứu trong và ngoài nước .................................... 29 1.7.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ................................................. 29 1.7.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.................................................. 36
iv 1.8. Hướng nghiên cứu của đề tài luận án................................................... 38 1.9. Kết luận Chương 1 ............................................................................... 39 CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT NÂNG CAO TRONG CÁC HỆ PHI TUYẾN BẬC CAO CÓ NHIỄU VÀ BẤT ĐỊNH .................. 40 2.1. Phân tích tổng quan về điều khiển trượt nâng cao ............................... 40 2.1.1. Vấn đề tăng tốc độ hội tụ, giảm dao động trên mặt trượt ............. 41 2.1.2. Xây dựng cấu trúc mặt trượt đảm bảo các giá trị hội tụ tại gốc không phụ thuộc nhiễu ....................................................................................... 45 2.2. Xây dựng kết cấu mặt trượt phi tuyến phân tầng ................................. 49 2.3. Quan sát nhiễu trong các hệ điện cơ .................................................... 53 2.3.1. Xét trường hợp bộ quan sát nhiễu dạng tổng quát ........................ 54 2.3.2. Đánh giá nhiễu là thành phần lực cản và mô men cản trên cơ sở bộ quan sát nhiễu dạng trượt phi tuyến thích nghi ....................................... 55 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG LUẬT ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THỦY LỰC KIỂU THỂ TÍCH ............................................................ 59 3.1. Đặt vấn đề ............................................................................................ 59 3.2. Xây dựng mô hình động học điều khiển hệ truyền động bám điện thủy lực dẫn động vũ khí đặt trên phương tiện cơ động ..................................... 60 3.2.1. Phân tích xây dựng mô hình động học phần tháp pháo ................ 60 3.2.2. Phương trình động lực học của động cơ chấp hành thủy lực điều chỉnh lưu lượng dạng kín ........................................................................ 64 3.2.3. Xây dựng mô hình trạng thái của hệ truyền động tháp pháo có tính đến động học của hệ chấp hành thủy lực dạng kín ................................. 66 3.3. Xây dựng bộ quan sát trượt thích nghi đánh giá nhiễu để thực hiện bù nhiễu trong các bước biến đổi ..................................................................... 68 3.4. Tổng hợp luật điều khiển hệ truyền động bám sát hai kênh với động cơ chấp hành thủy lực kiểu thể tích ................................................................. 71 3.4.1 Biến đổi về mô hình động học hệ sai số ........................................ 71 3.4.2. Xét cách tiếp cận theo điều khiển trượt truyền thống ................... 79
v 3.4.3. Xây dựng kết cấu mặt trượt phi tuyến phân tầng .......................... 81 3.5. Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng............................................ 85 3.5.1. Xác định tham số mô phỏng ......................................................... 85 3.5.2. Xây dựng mô hình mô phỏng trong Matlab-simulink .................. 89 3.5.3. Xây dựng kịch bản mô phỏng và đánh giá kết quả ....................... 91 3.6. Kết luận Chương 3 ............................................................................... 96 CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG LUẬT ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ ĐIỆN THỦY LỰC DẠNG TIẾT LƯU .......................................................................................... 98 4.1. Đặt vấn đề ............................................................................................ 98 4.2. Xây dựng sơ đồ khối điều khiển ........................................................ 100 4.3. Xây dựng luật điều khiển ................................................................... 102 4.3.1. Biến đổi mô hình trên cơ sở phân chia chuyển động, kết hợp với đánh giá thích nghi các hằng bất định ................................................... 103 4.3.2. Xây dựng luật điều khiển trên cơ sở phân tầng với đánh giá thích nghi các thành phần bất định................................................................. 112 4.3.3. Xây dựng luật điều khiển kết hợp phân tầng và điều khiên trượt nhanh ..................................................................................................... 114 4.3.4. Tổng hợp điều khiển trên cơ sở phân chia hệ thống ................... 115 4.4. Xây dựng mô hình mô phỏng ............................................................ 117 4.4.1. Xác định tham số mô phỏng ....................................................... 117 4.4.2. Xây dựng mô hình mô phỏng trong Matlab –Simulink .............. 118 4.4.3. Phân tích và bình luận kết quả mô phỏng ................................... 118 4.5. Kết luận Chương 4 ............................................................................. 121 KẾT LUẬN ................................................................................................... 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .............. 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 126 PHỤ LỤC
vi DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ap Tiết diện piston A Tiết diện B Cường độ từ trường C Hệ số cản nhớt Ch Điện dung thủy lực CLi Hệ số tổn thất lưu lượng cs Hệ số ma sát tĩnh cv Hệ số lưu lượng van Dv Hệ số tắt dần dv Đường kính con trượt van E Modun khối E’ Hiệu suất modun khối e Sai số điều khiển i dòng điện cuộn dây Fcoil Lực điện từ F Lực tương tác của dòng chảy vào phần ứng Ff Lực ma sát Fc Lực ma sát coulomb Fs Lực ma sát tĩnh Fext Ngoại lực Fdt Lực điện từ fhs Hệ số ma sát L Điện cảm cuộn dây lDG Độ dài cơ cấu đòn gánh mt Khối lượng tổng mAft, mBft Khối lượng dầu trong xilanh ngăn A, B mp Khối lượng piston mspond Khối lượng phần ứng MP1,P2 Mô men do lực tác động trong xilanh P1, P2 gây ra MP3,P4 Mô men do lực tác động trong xilanh P3, P4 gây ra MLX Mô men lò xo MPistonM Mô men piston MCD1,CD2 Mô men điện từ tương tác giữa 2 cuộn dấy CD1, CD2
vii N Số vòng dây kspring Độ cứng lò xo KM Ma trận hệ số mô men cơ cấu chấp hành KLi Hệ số tổn hao lưu lượng KB Hệ số truyền của bơm KBDDC Hệ số biến đổi điện cơ cơ cấu khếch đại thủy lực KCCDT Hệ số mô men cơ cấu điện từ Kv Hệ số khuếch đại Jm Mô men quán tính của tải JGL Mô men quán tính giá lắc JĐG Mô men quán tính đòn gánh R Điện trở r Bán kính lõi từ P Áp suất Ps Áp suất nguồn PA Áp suất ngăn công tác A xilanh PB Áp suất ngăn công tác B xilanh PT Áp suất bình chứa PL Vector hiệu áp suất đầu ra và đầu vào cơ cấu thủy lực P1 Vector Áp suất đầu vào cơ cấu thủy lực/Lực tì piston P2 Vector Áp suất đầu ra cơ cấu thủy lực/ Lực tì piston Qs Lưu lượng nguồn Qp Lưu lượng bơm QRV Lưu lượng đường hồi dầu Q Lưu lượng QA Lưu lượng dầu đi vào ngăn A xilanh QB Lưu lượng dầu đi vào ngăn B xilanh Q1, Q2, Q3, Q4 Lưu lượng của các buồng van QL Lưu lượng tổn hao QLi Lưu lượng tổn hao bên trong QLe Lưu lượng tổn hao bên ngoài QB Lưu lượng giá lắc Sdt Tiết diện lõi từ uv Điện áp đưa vào cuộn dây ucd2,3 Điện áp cuộn dây 2, 3
viii u Tín hiệu điều khiển s Mặt trượt VA Thể tích ngăn công tác A bao gồm thể tích đường ống nối VB Thể tích ngăn công tác B bao gồm thể tích đường ống nối xv Khoảng dịch chuyển con trượt van xp Khoảng dịnh chuyển của piston xK1,2 Khoảng dịch chuyển cơ cấu kim nón α Tỷ số tiết diện của 2 mặt piston αd Hệ số lưu lượng dòng chảy αDG Góc quay của cơ cấu đòn gánh μ Độ thẩm từ δ(xv) Hàm khe hở cơ cấu điện từ ωv Tần số (ω=2πf) ωGL Tốc độ góc giá lắc ωĐG Tốc độ quay của cơ cấu đòn gánh σ Hệ số ma sát viscous θ Góc quay ωt Tốc độ quay τ Mô men τcan Mô men cản τDCCH Mô men động cơ chấp hành it Tỷ số truyền γB Góc nghiêng của giá lắc βe Mô đun đàn hồi của dầu thủy lực ξ Nhiễu
ix DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Sơ đồ khối hệ thống truyền động thủy lực ....................................... 9 Hình 1.2. Tính tương đồng giữa mạch điện và mạch thủy lực ...................... 11 Hình 1.3. Phương pháp điều chỉnh dùng van tiết lưu .................................... 11 Hình 1.4. Phương pháp điều chỉnh lưu lượng ................................................ 12 Hình 1.5. Phương pháp điều chỉnh động cơ dẫn động bơm (nguồn sơ cấp) 13 Hình 1.6. Sơ đồ hệ truyền động thủy lực ....................................................... 14 Hình 1.7. Sơ đồ khối dạng vòng kín của các hệ servo thủy lực ..................... 15 Hình 1.8. Mô hình van điện từ ....................................................................... 18 Hình 1.9 Sơ đồ khối cơ cấu điều chỉnh và chấp hành thủy lực dạng thể tích. ....22 Hình 2.1. Sự thay đổi của 𝑠(𝑡) theo thời gian ................................................ 44 Hình 2.2. Sự thay đổi của 𝑥 (𝑡) → 𝛿, 𝛿 > 0, đối với mặt trượt thường và tích phân 48 Hình 2.3 Sơ đồ khối kết hợp thiết kế bộ điều khiển phi tuyến với bộ quan sát đánh giá nhiễu ................................................................................................ 53 Hình 3.1 Hình ảnh ZSU-23-4 và mô hình tương đương chuyển động hai kênh của tháp pháo .................................................................................................. 61 Hình 3.2. Sơ đồ khảo sát tính toán các tham số cơ khí phần cụm hướng ...... 86 Hình 3.3. Sơ đồ khảo sát tính toán các tham số cơ khí phần cụm tầm .......... 86 Hình 3.4. Lưu đồ thuật toán mô phỏng số trong Matlab-simulink ................ 87 Hình 3.5. Quỹ đạo góc đặt kênh hướng, kênh tầm ........................................ 88 Hình 3.6. Sơ đồ mô phỏng hệ thống truyền động hai kênh ........................... 90 Hình 3.7. Quỹ đạo góc đặt, góc ra kênh hướng ............................................. 91 Hình 3.8. Quỹ đạo góc đặt, góc ra kênh hướng khi thay đổi hệ số tiếp cận .. 91 Hình 3.9. Quỹ đạo góc đặt dạng sin, góc ra kênh hướng khi có nhiễu: ......... 92 Hình 3.10. Quỹ đạo góc đặt dạng sin, góc ra kênh tầm khi có nhiễu: .......... 94 Hình 3.12. Quỹ đạo góc đặt, góc ra kênh tầm khi có nhiễu ........................... 95
x Hình 3.13. Quỹ đạo điểm cuối nòng pháo khi góc đặt, góc ra hai kênh ........ 96 Hình 4.1. Hình ảnh thiết bị thuộc tổ hợp tên lửa đối hải của Nga ................. 99 Hình 4.2. Hình ảnh một tổ hợp rada đặt trên sàn cân bằng với các chân kích thủy lực. .......................................................................................................... 99 Hình 4.3 Sơ đồ khối điều chỉnh hệ chân kích thủy lực dạng tiết lưu ........... 100 Hình 4.4. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển ổn định mặt phẳng sàn công tác với 4 chân kích thủy lực ............................................................................... 101 Hình 4.5. Mô hình động học hệ ổn định mặt phẳng trên cơ sở các chân kích thủy lực với cấu trúc phân khối .................................................................... 103 Hình 4.6. Kết quả mô phỏng cho hệ với quỹ đạo đặt biến thiên dạng sin ... 118 Hình 4.7. Kết quả mô phỏng cho hệ với quỹ đạo đặt biến thiên dạng sin ... 119 Hình 4.8. Sai số bám sát với trường hợp không bù nhiễu và có bù nhiễu ... 120
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Trong sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 hiện nay, Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa có vai trò then chốt nhằm nâng cao độ chính xác, tăng tính tác động nhanh, mở rộng phạm vi làm việc ổn định của hệ thống trong điều kiện có tác động của nhiễu, tiết kiệm năng lượng, nâng cao khả năng tự động hóa duy trì hoạt động của hệ thống thay thế con người trong các ứng dụng điều khiển phức tạp hoặc nguy hại, đặc biệt trong các hoạt động quân sự [1]. Trong lĩnh vực Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa, thời gian qua đã có sự phát triển mạnh mẽ trên các lĩnh vực kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và các thiết bị công nghệ thực thi các luật điều khiển. Đối với vấn đề lý thuyết phát triển theo hướng điều khiển hệ phi tuyến [20], [33], [73], [74], trong đó có hướng nghiên cứu về điều khiển trượt được trình bày trong [114], [115]; trong các nghiên cứu đã công bố gần đây có xét đến động học của cơ cấu chấp hành: Truyền động điện, điện thủ lực, khí nén. Trong đó hướng ứng dụng truyền động thủy lực có những quan tâm đáng kể, thể hiện trong các nghiên cứu trong và ngoài nước: [11], [15], [16], [26], [28], [55], [56], [113]. Các hệ truyền động điện thủy lực có nhiều ứng dụng trong dân dụng và quân sự thể hiện trong các nghiên cứu: [6], [12], [13], [14]. Vì vậy nghiên cứu điều khiển hệ điện thủy lực là có tính cấp thiết. Trong thực tế các hệ thống kỹ thuật thường có mô hình phi tuyến: phi tuyến về cấu trúc, phi tuyến về tham số, đồng thời chịu tác động của các yếu tố bất định và nhiễu bên trong và bên ngoài nên các phương pháp thiết kế kinh điển dựa trên điều khiển tuyến tính trong nhiều trường hợp không đảm bảo được yêu cầu. Để giải quyết các vấn đề phức tạp trên, lý thuyết điều khiển bền vững và thích nghi được xem là các công cụ hữu hiệu [2], [3], [4], [5], [33]...
2 Hệ phi tuyến bậc cao được xem là hệ gồm nhiều các khâu phi tuyến nối tầng với nhau dẫn đến phương trình vi phân tổng quát mô tả động học của hệ thống là phương trình vi phân bậc cao. Trong khuôn khổ một luận án tiến sĩ kỹ thuật, tác giả chọn đề tài “Tổng hợp luật điều khiển cho một lớp hệ truyền động thủy lực phi tuyến có yếu tố bất định” Nội dung nghiên cứu này phù hợp với xu hướng nghiên cứu hiện nay và đáp ứng đòi hỏi thực tiễn của phát triển các khí tài quân sự. Hệ phi tuyến bậc cao chịu tác động của nhiễu và thành phần bất định được xét đến trong phạm vi nghiên cứu của luận án là hệ truyền động điện thủy lực trong khí tài quân sự. Vì vậy nội dung nghiên cứu của luận án là có tính cấp thiết. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của luận án là: - Nghiên cứu các hệ truyền động điện thủy lực trong khí tài quân sự; cụ thể xét hai mô hình là hệ truyền động kênh tầm và kênh hướng của tháp pháo đặt trên phương tiện cơ giới theo mẫu ZSU-23-4; hệ truyền động chân kích của sàn công tác; phân tích, xây dựng mô hình động học điều khiển hệ điện thủy lực như là một hệ phi tuyến nhiều đầu vào, nhiều đầu ra, có tác động của nhiễu và yếu tố bất định; - Nghiên cứu đề xuất áp dụng kỹ thuật điều khiển hiện đại (điều khiển Backstepping kết hợp điều khiển trượt nâng cao, bộ quan sát trượt thích nghi ...) tổng hợp luật điều khiển thích nghi kháng nhiễu cho hai đối tượng đã lựa chọn. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là một lớp hệ truyền động điện thủy lực phi tuyến có yếu tố bất định. Cụ thể gồm hai dạng: Hệ truyền động điện thủy lực dạng tiết lưu cho hệ chân kích ổn định sàn công tác và hệ truyền động điện thủy lực kiểu thể tích cho hệ truyền động quay dẫn động tháp pháo phòng không đặt trên phương tiện cơ giới theo mẫu ZSU-23-4.
3 Phạm vi nghiên cứu của luận án: Xây dựng mô hình động học điều khiển hệ truyền động điện thủy lực có tính đến các yếu tố bất định và tác động của nhiễu; tổng hợp luật điều khiển kháng nhiễu trên cơ sở quan sát trạng thái đánh giá nhiễu cho hai mô hình hệ truyền động điện thủy lực. Mô phỏng kiểm chứng trên cơ sở Matlab-Simulink. 4. Nội dung nghiên cứu * Về lý thuyết: - Nghiên cứu kết hợp thuật toán điều khiển cuốn chiếu và điều khiển trượt nâng cao, áp dụng để tổng hợp bộ điều khiển thích nghi cho hệ phi tuyến bậc cao có nhiễu bảo đảm tính ổn định và bền vững đối với nhiễu và các thay đổi bất định của mô hình. - Nghiên cứu lý thuyết quan sát trượt để đánh giá nhiễu và bù thành phần bất định. * Về mô phỏng kiểm chứng: Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống với tham số sát thực tế của khí tài trong Matlab-Simulink: - Mô hình động học điều khiển hệ truyền động điện thủy lực tháp pháo theo hai kênh tầm và hướng, có liên hệ chéo. Với tham số theo ZSU-23-4 trong [14]; - Mô hình điều khiển ổn định mặt phẳng sàn công tác trên cơ sở lý thuyết đã đề xuất. Với mô hình sàn công tác của anten tổ hợp S-300PMU1 đặt trên xe trong [12]. 5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu áp dụng trong luận án là dựa trên mô hình toán học tương đương của hệ thống, có xét đến các mô hình nhiễu và bất định do sai khác mô hình và biến thiên của các tham số, áp dụng lý thuyết điều khiển hiện đại dựa trên mô hình trạng thái của hệ thống. Tập trung vào nghiên cứu áp dụng lý thuyết điều khiển trượt nâng cao kết hợp tổng hợp cuốn chiếu để giải quyết vấn đề phi tuyến bậc cao và có yếu tố không rõ trong mô hình động học, sự sai
4 khác giữa mô hình và thực tế của hệ. Liên quan đến vấn đề ổn định và tính bền vững của hệ vòng kín, luận án nghiên cứu dựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov. Để thực hiện luật điều khiển bù kháng nhiễu, luận án dựa trên lý thuyết quan sát trượt để ước lượng nhiễu và các yếu tố bất định. Do không có điều kiện để thực nghiệm, NCS thực hiện mô phỏng kiểm chứng trên cơ sở Matlab-Simulink. Ngoài ra một số cơ sở toán học quan trọng xây dựng trong luận án cũng được tác giả lập trình mô phỏng trên Matlab để kiểm tra lại tính chính xác của các kết quả đạt được. 6. Ý nghĩa ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án a. Ý nghĩa khoa học Luận án đã đề xuất một cách tiếp cận tổng hợp bộ điều khiển cho một lớp hệ truyền động điện thủy lực phi tuyến có yếu tố bất định trên cơ sở ứng dụng backstepping trượt nâng cao bù nhiễu. Đây là một vấn đề có ý nghĩa trong lĩnh vực tự động hóa. b. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của luận án làm rõ cơ sở lý thuyết, mở ra khả năng ứng dụng để cải tiến, thiết kế mới các tổ hợp vũ khí có sử dụng hệ truyền động bám điện thủy lực: Pháo tàu, pháo phòng không ZSU-23-4 trên xe, có thể phát triển các loại pháo phòng không 57mm trên xe... 7. Bố cục của luận án Từ phương pháp tiếp cận đã được trình bày ở trên, các nhiệm vụ chính của luận án đã được xác định và được trình bày trong 4 chương, phụ lục tính toán và chương trình mô phỏng; với những nội dung chính như sau: Chương 1: Phân tích tổng quan về hệ truyền động điện thủy lực Trong Chương này trình bày tổng quan về hệ truyền động điện thủy lực, phân tích cơ chế điều chỉnh hệ thống, sơ đồ điều chỉnh: hệ thủy lực kín điều chỉnh lưu lượng (hệ thể tích), hệ thủy lực hở điều chỉnh thông qua van thủy lực có điều khiển (hệ tiết lưu); phân tích xây dựng mô hình trạng thái động học
5 điều khiển cho các hệ thủy lực tiết lưu và thể tích, làm rõ tính phi tuyến về mô hình và phi tuyến về tham số, các yếu tố bất định và nhiễu tác động lên hệ thống; phân tích các ưu nhược điểm của hệ điện thủy lực; phân tích xu hướng phát triển đối với hệ thống điện thủy lực. Đồng thời phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu có liên quan để nhận định về hướng tiếp cận khi thực hiện tổng hợp điều khiển đối với hệ phi tuyến bậc cao, có nhiễu và bất định trên cơ sở điều khiển phân khối, backstepping, trượt. Từ đó, tác giả xác định các nội dung nghiên cứu chính mà luận án sẽ tiến hành giải quyết. Kết quả của Chương được thể hiện trong báo cáo khoa học “Mô hình hóa hệ truyền động chân kích thủy lực có tính đến các đặc tính phi tuyến và tham số biến đổi”, báo cáo đã được trình bày tại: Hội nghị - Triển lãm quốc tế lần thứ 6 về Điều khiển và Tự động hoá, VCCA 2021. Chương 2: Ứng dụng điều khiển trượt nâng cao trong các hệ phi tuyến bậc cao có nhiễu và bất định Nội dung trọng tâm của chương phân tích đánh giá về ứng dụng điều khiển trượt cho hệ phi tuyến bậc cao có nhiễu và bất định; xây dựng mặt trượt có thông tin đánh giá nhiễu và bất định, trượt phân tầng theo dạng đầu cuối nhanh không kỳ dị; quan sát nhiễu và bất định trong hệ điện cơ. Nội dung của chương cung cấp những lý thuyết cơ sở mà luận án sẽ ứng dụng để tổng hợp bộ điều khiển cho đối tượng nghiên cứu của luận án. Kết quả của Chương đã công bố trong bài báo khoa học: “Ứng dụng điều khiển trượt nâng cao trong các hệ phi tuyến bậc cao có yếu tố bất định và nhiễu tác động”. Tạp chí NCKH và CNQS - số 71 (2-2021). Chương 3: Xây dựng luật điều khiển cho hệ truyền động điện thủy lực kiểu thể tích Trong Chương này luận án tiến hành xây dựng mô hình đầy đủ của hệ truyền động bám điện thủy lực pháo phòng không theo dạng ZSU-23-4. Từ đó,
6 đề xuất thuật toán tổng hợp luật điều khiển ứng dụng điều khiển Backstepping - trượt nâng cao có kết hợp quan sát nhiễu. Phần cuối của chương tiến hành mô phỏng kiểm chứng đánh giá tính đúng đắn của thuật toán đề xuất. Trịnh Anh Văn, Nguyễn Thanh Tiên, Xây dựng luật điều khiển bám sát tầm hướng vũ khí với cơ cấu chấp hành thủy lực kiểu thể tích. Kết quả của Chương đã công bố trong bài báo khoa học: “Xây dựng luật điều khiển bám sát tầm hướng vũ khí với cơ cấu chấp hành thủy lực kiểu thể tích”. Tạp chí khoa học và kỹ thuật của Học viện kỹ thuật Quân sự, Chuyên san số 02 (12/2023). Chương 4: Xây dựng luật điều khiển cho hệ truyền động thủy lực dạng tiết lưu Nội dung của chương tập trung nghiên cứu xây dựng luật điều chỉnh cho mô hình hệ ổn định sàn công tác của xe cơ động sử dụng hệ nhiều chân kích thủy lực dạng hở điều chỉnh theo dạng tiết lưu của van tỷ lệ, khi khai triển các thành phần nhiễu và bất định dưới dạng hàm và hằng bất định. Đề xuất cách tiếp cận xây dựng luật điều khiển phân khối, trên cơ sở Backstepping, bù thích nghi các hằng bất định; qua các bước biến đổi trung gian cho phép chuyển các yếu tố phi tuyến, bất định không bù hết về khối cuối cùng. Khi thực hiện phương pháp phân khối kết hợp với điều khiển trong chế độ trượt cho phép tổng hợp luật điều khiển đơn giản hơn so với một số phương pháp điều khiển đã có. Mô phỏng kiểm nghiệm thuật toán đề xuất để kiểm chứng đánh giá tính đúng đắn của thuật toán. Kết quả của Chương này đã trình bày trong báo cáo tại Hội nghị tự động hóa tòa quốc VCCA2019 “Tổng hợp luật điều khiển cho hệ điện thủy lực trên cơ sở điều khiển phân tầng, hiệu chỉnh thích nghi bù các thành phần bất định”. Kết luận và kiến nghị Phần này nêu ý nghĩa khoa học và những kết quả nghiên cứu mà luận án đã giải quyết, trình bày những đóng góp mới của luận án và đề xuất những vấn đề cần nghiên cứu tiếp theo để đáp ứng yêu cầu phát triển của thực tiễn.
7 Danh mục các công trinh khoa học đã công bố: Các nội dung chính của luận án đã được công bố trong 5 bài báo hội thảo khoa học và các tạp chí trong nước. Tài liệu tham khảo: Bao gồm danh mục tài liệu tham khảo tiếng Việt, tiếng Nga và tiếng Anh. Phụ lục: Bao gồm 4 phụ lục cụ thể: Phụ lục 1: Chứng minh tính ổn định của bộ quan sát nhiễu. Phụ lục 2: Sơ đồ mô phỏng trong Matlab-Simulink Chương 3 Phụ lục 3: Sơ đồ thủy lực chân kích. Phụ lục 4: Sơ đồ mô phỏng trong Matlab-Simulink Chương 4
8 CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THỦY LỰC Nội dung Chương này phân tích tổng quan về hệ truyền động với cơ cấu chấp hành là các phần tử thủy lực; làm rõ các đặc điểm điều khiển hệ thống, tính phi tuyến của mô hình động học động cơ chấp hành và bậc của hệ thống. 1.1. Tổng quan về hệ truyền động điện thủy lực Nguyên lý biển đổi áp suất và động năng của dòng chảy chất lỏng (thủy lực) thành lực và mô men đã được trình bày trong [11], [15], [16], [26]…; cùng với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật công nghệ, truyền động điện thủy lực được ứng dụng để giải quyết hàng loạt các bài toán và nhiệm vụ trong các lĩnh vực công nghiệp, quốc phòng, hàng không vũ trụ, phương tiện trên biển [55], [56]… Điển hình nhất trong số đó là điều khiển chuyển động của các đối tượng có khối lượng lớn hoặc mômen quán tính lớn. Ngoài tải trọng và mômen lớn, hệ thống truyền động còn có các yêu cầu hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau: chuyển động với tốc độ không đổi hoặc với một lực không đổi (lực hoặc mômen), bám sát vị trí với các dải tốc độ khác nhau, hoặc điều chỉnh xung quanh vị trí cân bằng [2], [3]. Xét các tổ hợp vũ khí, ứng dụng các cơ cấu chấp hành thủy lực tương đối phổ biến [113]. Ta có thể dẫn ra các ứng dụng: Hệ truyền động bám sát điện thủy lực trong các hệ thống súng, pháo trên các phương tiện cơ động, xe tăng, tàu biển, rada, tên lửa [6], [13], [14]…. Trong các tổ hợp này đòi hỏi đặc tính của truyền động có độ chính xác cao, đáp ứng thời gian nhanh, hiệu suất cao, mật độ năng lượng lớn, khả năng chịu quá tải lớn. Để đáp ứng được các yêu cầu cao, các cơ cấu trong hệ thủy lực đã được nghiên cứu, hoàn thiện theo nhiều hướng: Phần kết cấu cơ khí, vật liệu, và các cơ cấu điều chỉnh để bảo đảm tính điều khiển được hoàn toàn quá trình biến đổi năng lượng. Trong đó có thể thay đổi thiết kế cơ khí để bảo đảm tính kín khít để chịu được các áp lực cao, bền vững…, sử dụng vật liệu mới, ứng dụng