intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Nghiên cứu xây dựng hệ bám điện thủy lực kênh hướng cho pháo tàu AK-176M ứng dụng điều khiển thích nghi

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST
Báo xấu
4
lượt xem 0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu và thiết kế hệ bám điện thủy lực cho pháo AK-176M có xét đến tính phi tuyến, nhiễu. Nội dung chi tiết bài báo thể hiện quá trình nghiên cứu và xây dựng bộ điều khiển thích nghi cho hệ thống bám điện thủy lực pháo AK-176M trên tàu Hải quân, bao gồm cả các yếu tố như độ chính xác của hệ thống, tương tác giữa các thành phần. Thuật toán tổng hợp được kiểm chứng mô phỏng trên Matlab-Simulink.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu xây dựng hệ bám điện thủy lực kênh hướng cho pháo tàu AK-176M ứng dụng điều khiển thích nghi

  1. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ https://jst-haui.vn P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ BÁM ĐIỆN THỦY LỰC KÊNH HƯỚNG CHO PHÁO TÀU AK-176M ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI RESEARCH ON DEVELOPING A HYDRAULIC POWER-DRIVEN DIRECTIONAL CHANNEL FOR AK-176M SHIP CANNON APPLYING ADAPTIVE CONTROL Phạm Tuấn Thành1, Hoàng Hải Sơn , Hoàng Mạnh Cường3,* 2 DOI: http://doi.org/10.57001/huih5804.2024.199 TÓM TẮT - Chế độ dự phòng bắn bằng kính ngắm quang học. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu và thiết kế hệ bám điện thủy lực cho Rađa đo các thông số của mục tiêu: Cự li D, góc tà ε và pháo AK-176M có xét đến tính phi tuyến, nhiễu. Nội dung chi tiết bài báo thể hiện góc phương vị q. Các thông số này được đưa vào đầu vào quá trình nghiên cứu và xây dựng bộ điều khiển thích nghi cho hệ thống bám điện của máy tính (ПУС). Máy tính có nhiệm vụ tìm ra tọa độ của thủy lực pháo AK-176M trên tàu Hải quân, bao gồm cả các yếu tố như độ chính xác điểm bắn dưới dạng các sai lệch về tầm  và sai lệch về của hệ thống, tương tác giữa các thành phần. Thuật toán tổng hợp được kiểm hướng q. Khi rađa điều khiển pháo bị hỏng, thực hiện điều chứng mô phỏng trên Matlab-Simulink. khiển bắn pháo ở chế độ dự phòng. Ở chế độ này quá trình Từ khóa: Hệ thống điện - thủy lực, kênh hướng, pháo AK-176M, hệ điều khiển pháo do trắc thủ trực tiếp ngắm và điều khiển thống thích nghi, bộ điều khiển modal. kính ngắm hướng về phía mục tiêu. Các tín hiệu về thông số sai lệch tầm  và hướng q do pháo thủ trực tiếp điều ABSTRACT khiển ở bàn điều khiển tại bệ pháo (MПУ). The paper presents the research results on the electro-hydraulic tracking system of the AK176M naval gun, considering nonlinearity and noise. It focuses on constructing a mathematical model of the electro-hydraulic tracking system and Thiết bị Bàn điều designing an adaptive controller for it with component interactions to enhance khiển đo góc MПУ stability and accuracy. The algorithm is tested on Matlab-Simulink software. Keywords: Electro-hydraulic tracking system, direction channel, AK-176M naval gun, adaptive control system, modal controller. Rađa Máy tính Hệ thống tự 1 (ПУС) động bám Viện Tên lửa và Kỹ thuật điều khiển, Học viện Kỹ thuật quân sự 2 Khoa Vũ khí, Học viện Kỹ thuật quân sự Hình 1. Sơ đồ nguyên lý chung của hệ bám pháo AK-176M 3 Học viện Hải quân * Email: manhcuong.haiquan@gmail.com Ngày nhận bài: 24/4/2024 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 15/6/2024 Ngày chấp nhận đăng: 25/6/2024 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Pháo AK-176M được trang bị cho các tàu chiến hiện đại của quân chủng Hải quân dùng để tiêu diệt các mục tiêu trên không, trên biển và trên bờ. Việc điều khiển pháo tới Hình 2. Sơ đồ khối cấu trúc của hệ truyền động bám pháo AK-176M mục tiêu được thực hiện nhờ rađa điều khiển bắn hoặc bằng XX-P. Thiết bị phát; XX-T. Thiết bị thu; 2. Thiết bị khuếch đại và biến đổi điện tay thông qua kính ngắm quang học. Sơ đồ nguyên lý chung tử; 3. Cơ cấu điện từ; 4. Khuếch đại thủy lực; 5, 6. Thiết bị chấp hành (bơm và động được trình bày trên hình 1. cơ thủy lực); 7. Hộp đổi tốc; 8. Đối tượng điều khiển; 9. Động cơ lai; 10. Thiết bị bù; Tổ hợp pháo AK-176M có hai chế độ làm việc chính [1]: 11. Tín hiệu phản hồi; 12. Thiết bị thu; αV. Góc điều khiển; αR. Góc quay của pháo. - Chế độ bắn từ xa từ hệ thống máy điều khiển bắn (chế Các thông số về sai lệch tầm và hướng được đưa tới đầu độ chính); vào thiết bị đo lường của hệ truyền động bám (hình 2). Các 16 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Tập 60 - Số 6 (6/2024)
  2. P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 https://jst-haui.vn SCIENCE - TECHNOLOGY thông số này được đưa tới khuếch đại và biến đổi điện tử (2), khiển. Từ sơ đồ nguyên lý (hình 1), sơ đồ chức năng (hình 2) tại đây nó được kết hợp với các tín hiệu phản hồi (11), (12) và yêu cầu của bài toán ta mô hình hóa được sơ đồ cấu trúc để hiệu chỉnh góc điều khiển, sau đó nó được biến đổi thành của hệ truyền động điện thủy lực pháo AK-176M như hình 3. tín hiệu điện và được khuếch đại lên đủ lớn ở khối khuếch Sơ đồ cấu trúc (hình 3) trên thể hiện rõ quá trình điều đại điện tử. Tín hiệu sau khi đã được khuếch đại sẽ đưa tới khiển hệ thống thủy lực của bệ pháo, sử dụng các tín hiệu cuộn dây nam châm điện thuộc bộ phận điều khiển (bộ phản hồi lấy từ các cảm biến. Có 5 tín hiệu phản hồi được sử khuếch đại thủy lực (4)), dưới tác động của nam châm làm dụng trong quá trình điều khiển: Vòng 1: Tín hiệu phản hồi bộ phân phối thủy lực dịch chuyển. Tín hiệu đưa vào cuộn vị trí của piston trong xilanh điều khiển (11); Vòng 2: Tín hiệu dây nam châm điện là tín hiệu một chiều giá trị phụ thuộc phản hồi tín hiệu độ chênh áp suất vào ra động cơ thủy lực (12); vào góc sai lệch, còn cực tính phụ thuộc vào chiều của góc Vòng 3: Tín hiệu phản hồi tốc độ quay mô tơ thủy lực (13); sai lệch. Khi van phân phối hoạt động cấp dầu đến xilanh lực, Vòng 4: Tín hiệu phản hồi tốc độ góc quay bệ pháo (14); cán của piston nằm trong xilanh lực dịch chuyển (được gắn Vòng 5: Tín hiệu phản hồi góc quay bệ pháo (15). chặt với đĩa nghiêng) nên nó làm lệch giá lắc của bơm thủy Quá trình phát sinh mô men của động cơ thủy lực: Sơ đồ lực (5). Bơm thủy lực được nối với động cơ điện M bên ngoài, thủy lực của động cơ thủy lực được trình bày trong hình 3 khi động cơ điện quay làm bơm thủy lực quay và cấp dầu gồm: Bơm thủy lực với lưu lượng được điều chỉnh bởi giá lắc cao áp đến mô tơ thủy lực (6), làm mô tơ thủy lực quay, (GL), cung cấp lưu lượng dầu cho động cơ thủy lực. Phần thông qua hộp đổi tốc (7) làm pháo (8) quay về vị trí giảm khuếch đại tín hiệu điện điều khiển cho hệ thống thông qua góc sai lệch. Tốc độ quay và chiều quay của mô tơ thủy lực cơ cấu điện từ và khuếch đại thủy lực kiểu dạng vòi phun - phụ thuộc vào giá trị và chiều của tín hiệu sai lệch. bản chắn, theo tín hiệu điện điều khiển cấp đến cuộn dây Sau thời gian làm việc, hệ truyền động bám điện thủy lực làm cho thay đổi góc nghiêng phần ứng của cơ cấu điện từ, pháo AK-176M sẽ xuất hiện khe hở giữa các bánh răng việc thay đổi góc nghiêng này làm lệch cánh chắn dẫn tới truyền động (hộp đổi tốc); tổn hao lưu lượng trong hệ thống chênh lệch áp suất trong bộ khuếch đại làm con trượt trong thủy lực; sự giãn nở của các đường ống dẫn dầu và thay đổi cơ cấu van 4 cửa dịch chuyển, mở van để dầu thủy lực vào áp suất của dầu do ảnh hưởng của nhiệt độ,... Dẫn đến ảnh khoang xi lanh điều khiển. Khi có dầu thủy lực vào khoang, hưởng sai lệch trong quá trình hoạt động. Nguyên lý hoạt xảy ra chênh lệch áp suất làm cán của piston nằm trong động của hệ truyền động bám điện thủy lực pháo AK-176M xilanh điều khiển dịch chuyển (được gắn chặt với giá lắc của ở kênh tầm và kênh hướng cơ bản là giống nhau nên khi ta bơm thủy lực) làm lệch giá lắc của bơm thủy lực, bơm thủy nghiên cứu kênh hướng thì dễ dàng hiểu được kênh tầm. Để lực quay và cấp dầu cao áp đến mô tơ thủy lực, làm mô tơ đảm bảo và nâng cao chất lượng điều khiển của hệ thống thủy lực quay, thông qua hộp đổi tốc làm pháo quay theo tỉ khi có sự xuất hiện của các yếu tố bất định hoặc biến đổi lệ với mô tơ thủy lực. không biết trước giải pháp của bài báo đưa ra là xây dựng bộ Như vậy động học của cơ cấu chấp hành được xây dựng điều khiển thích nghi cho hệ truyền động bám điện thủy lực mô tả mối quan hệ giữa điện áp điều khiển u, mô men làm kênh hướng pháo AK-176M. quay phần ứng của cơ cấu điện từ θ, độ dịch chuyển của 2. MÔ HÌNH HỆ DẪN ĐỘNG KÊNH HƯỚNG VỚI CƠ CẤU piston xilanh điều khiển y và sự chênh lệch áp suất vào - ra CHẤP HÀNH THỦY LỰC mô tơ thủy lực. 11 6 1 2 3 4 5 7 8 9 10 12 13 14 15 Hình 3. Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động bám pháo AK-176M 1. Góc điều khiển; 2. Khối điều khiển; 3. Khối khuếch đại vòi phun - bản chắn (VP-BC); 4. Khối xi lanh điều khiển; 5. Bơm thủy lực; 6. Động cơ lai; 7. Hộp van; 8. Hình 4. Mô hình hệ chấp hành thủy lực Mô tơ thủy lực; 9. Hộp đổi tốc; 10. Phần tử chấp hành (Bệ pháo); 11. Cảm biến dịch chuyển tuyến tính; 12. Cảm biến áp suất; 13. Cảm biến tốc độ Mô tơ thủy lực; 14. * Phương trình cân bằng momen trên phần ứng [2, 5]: Tín hiệu phản hồi vị trí; 15. Cảm biến tốc độ góc quay bệ pháo.   J1uK K  J1f θ  J1(K  K )θ θ  (1) R i θ T θ Hệ truyền động bám điện thủy lực pháo AK-176M là hệ Trong đó: θ - Góc quay của cơ cấu điện từ; J - Mô men thống điều khiển vòng kín. Bài toán điều khiển bệ pháo đặt quán tính của phần quay; u - điện áp điều khiển cấp vào ra là góc quay của bệ pháo bám sát theo giá trị góc điều Vol. 60 - No. 6 (June 2024) HaUI Journal of Science and Technology 17
  3. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ https://jst-haui.vn P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 cuộn dây; Ki - Hệ số dòng điện; Kθ - Hệ số góc quay phần ứng; Từ (8) ta có phương trình vi phân: fθ - Hệ số giảm chấn; KR = 1/R (R - Điện trở của cơ cấu điện từ);  t  φ  J1k v . PB  J1fl φ (9) t KT: Mômen cản thủy lực. Từ các phương trình được xây dựng ở trên, ta có hệ các - Xilanh điều khiển: phương trình vi phân như sau: Phương trình mô tả độ dịch chuyển của piston trong xilanh điều khiển như sau [3, 5]:  t φ  J1k v .PB  J1fφ t l    -1 -1 y  TtpK dk θ - Ttp y (2)  4βe k φ  4βe C P  4βe .d1.K .y  4βe Q(t) PB    M t B B B  Vt Vt Vt Vt (10) Trong đó: y - Độ dịch chuyển của piston trong xilanh điều  tp dk y  T 1K θ  T 1y tp khiển; Ttp - Hệ số thời gian của khuếch đại van trượt; Kdk - Hệ    J1uK K  J1f θ  J1(K  K )θ  số khuếch đại. Ttp, Kdk được xác định: θ  R i θ T θ 2 Ap dPdk Ap dPdk Hệ thống bám mô tả bởi hệ phương trình (10) là hệ phi Ttp  K p . . ; K dk  . .d0 (3) tuyến. Để đơn giản hóa chúng ta có thể bỏ qua tổn hao lưu K b dQ dk K b dx 4β e Trong đó: Ap - Diện tích piston xilanh điều khiển; Kp - Hệ lượng trong hệ thống Q(t) , ta có hệ phương trình sau: Vt x số cơ học của van trượt; d0  : Đường kính cánh chắn đàn   t φ  J1k v .PB  J1fl φ t   hồi.  4β e k φ  4β e C P  4β e .d1 .K .y  PB    M t B B B * Phương trình của bơm thủy lực:  Vt Vt Vt (11) - Phương trình cân bằng áp suất [2, 6]:   y  T 1K θ  T 1y tp dk tp  Vt  θ  J1uK K  J1f θ  J1(K  K )θ    R i θ T θ PB  k M φ  C t PB  Q(t)  QB (4) 4βe   Đặt x5  θ; x4  θ; x3  y; x2  PB ;x1  φ , ta có hệ Trong đó: Vt - Thể tích thùng chứa; βe - Hệ số đàn hồi của phương trình vi phân như sau: dầu thủy lực; ΔPB - Độ chênh lệch áp suất đầu vào - ra của bơm thủy lực; Q - Tổn hao lưu lượng; QB - Lưu lượng của bơm;   x1   Jt1fl x1  Jt1k v .x 2  4βe 4β 4β  kM - Hệ số thể tích của động cơ; Ct - Hệ số rò.  x2  k M x1  e C t x 2  e .dB 1 .K B .x 3 - Phương trình tính lưu lượng [3, 5]:  Vt Vt Vt  1 1 π.d2  x 3   Ttp x 3  Ttp K dk x 4 (12) QB  Apt .h.zpt .ω.103  .zpt .ω.103 .D.tan(α) (5) x  x  4  4 5   x 5   J1(K T  K θ )x 4  J1fθ x 5  J1K RK iu Trong đó: zpt - Số piston; D - Đường kính của rôto trên có  đặt các xilanh; ω - Tốc độ quay của động cơ lai; h - Hành trình  tối đa của piston trong xilanh. Để thuận tiện cho việc tính toán ta đặt: Do góc lắc của bơm thủy lực α có giá trị nhỏ, nên ta có thể 4βe 4β xấp xỉ như sau: a1  Jt1fl ;a2  Jt1kv ;a3  kM ;a4   e Ct ; Vt Vt y 4βe 1 tan(α)  α; y  dB .α  α  (6) dB a5  .dB .KB ;a6  Ttp1;a7  Ttp1Kdk ;a8  J1(K T  Kθ );   (13) Vt Trong đó: dB là bán kính của đĩa nghiêng bơm thủy lực. a9  J1fθ ;b  J1KRKi Từ (4) - (6) ta có: Khi đó hệ phương trình trạng thái mô tả hệ thống như  4βe k φ  4βe C P  4βe .d1.K .y  4βe Q(t) (7) PB   sau: M t B B B Vt Vt Vt Vt   x1  a1x1  a2 x 2 2 x  a x  a x  a x  πd  2 3 1 4 2 5 3 Trong đó: K B  zpt ω.103 D x 3  a6 x 3  a7 x 4 d x  x (14)  * Thành phần mô men chính phát sinh do hoạt động của  4 5   x 5  a8 x 4  a9 x 5  bu mô tơ thủy lực [2, 5]:  y  cx   τ m  k v .PB  Jt φ  fl φ (8)  1 Mô tả toán học hệ bám điện thủy lực kênh hướng pháo Trong đó: kv - Hệ số mô men phụ thuộc kết cấu của cơ cấu AK-176M ở dạng phương trình trạng thái như sau: chấp hành; PB  P3 - P4 - Hiệu áp suất trên các đầu vào và đầu   x  Ax  Bu ra của mô tơ thủy lực; Jt - Tải quán tính; fl - Hệ số rò rỉ động cơ  y  Cx (15) thủy lực; φ - Góc quay của mô tơ thủy lực.  18 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Tập 60 - Số 6 (6/2024)
  4. P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 https://jst-haui.vn SCIENCE - TECHNOLOGY  a1 a2 0 0 0 (có kích thước tương ứng là n x n và n x m); a(x), b(x) - Thành a a4 a5 0 0 phần phi tuyến của đối tượng điều khiển; C - Ma trận đầu ra  3  cố định; uΣ - Vector tín hiệu điều khiển (kích thước m). Trong Với: A=  0 0 a6 a7 0; phần tiếp theo ta giả thiết rằng tất cả các biến trạng thái đều   0 0 0 0 1 đo được, tức là y = Cx (C - Ma trận đường chéo đơn vị). Ở đây 0  0 0 a8 a9   y - Vector đầu ra của đối tượng. T Ta phân vế phải của phương trình (20) ra phần tuyến tính B= 0 0 0 0 b  ; C= c 0 0 0 b (16) dừng, phần phi tuyến và mô tả dưới dạng sau [4, 7]: 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN   x  A 0 x  B 0 u  σ  φ  (21)  xm  A xm  Bmu m y  x Trong đó: σ  (A  A 0 )x  (B  B0 )u g Kb u  x  Ax  Bu C y  (22) φ  a(x)x  b(x)u  f A0, B0 - Các ma trận hằng số đặc trưng cho thành phần Ka ĐCTH tuyến tính dừng có kích thước tương ứng (n x n), (n x m); Bộ ĐKTN σ - Thành phần tham số sai khác; φ - Thành phần phi tuyến ĐCTS của đối tượng. Hình 5. Sơ đồ cấu trúc điều chỉnh thích nghi theo mô hình mẫu với điều chỉnh Mục tiêu điều khiển sẽ là: tham số (ĐCTS) và điều chỉnh tín hiệu (ĐCTH) lime  lim(x  x M )  0 (23) t t * Xây dựng mô hình mẫu Trong đó: e  x  xM là vector sai lệch giữa đầu ra mô hình Mô hình mẫu là mô hình có các đặc tính thỏa mãn các yêu cầu mong muốn của hệ thống. Mô hình mẫu cho hệ bám điện mẫu và đối tượng điều khiển. thủy lực kênh hướng pháo AK-176M được xây dựng từ mô hình Tín hiệu điều khiển có dạng như sau: tuyến tính hóa của hệ thống nguyên bản kết hợp với bộ điều u  K A x  K B (u0  ua  u1 ) (24) khiển phản hồi trạng thái. Trong đó: KA, KB là các ma trận tham số hiệu chỉnh có kích Phương trình điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu thước (n x n, n x m); ua - Tín hiệu điều khiển thích nghi; u1- tín dạng: hiệu từ bộ điều khiển Modal.   x M  AM xM  BMu0  y  Cx (17) Thay phương trình (24), (22) vào phương trình (21) ta có  M M phương trình sau: Trong đó: AM, BM là các ma trận điều khiển; AM là ma trận  x  AM x  BMu0  [(A  BK A  AM )x dạng Hurwizt. (25)  (BK B  BM )(u0  u1 )  BK Bua  φ] Để tìm ma trận AM, BM ta xét phương trình tuyến tính sau: Để phương trình (25) trùng với hệ phương trình mô hình  x  (A  BK)x  Bu0 (18) mẫu thì biểu thức trong ngoặc vuông ở (25) phải bằng 0, hay Từ (17) và (18) ta có ma trận AM, BM ở dạng: ta có [8, 9]: AM  A  BK lim(A  BK A )  A M B  B (19)  t  M lim(BK B )  BM (26) t * Xây dựng luật điều khiển thích nghi với hiệu chỉnh tham  BK Bua  φ số Để hệ thống bám thích nghi kịp theo mô hình mẫu thì Thực chất của việc áp dụng điều khiển thích nghi cho 0 0 e(t) → 0, tức là phải tồn tại giá trị limK A  K A ,limK B  K B thỏa một hệ thống là thiết kế bộ điều khiển sao cho đặc tính của t t hệ thống bám theo các đặc tính của mô hình mẫu. mãn: Bài toán điều khiển thích nghi trong khuôn khổ cấu trúc BK 0  AM  A,BK B  BM A 0 (27) hệ thích nghi theo mô hình mẫu, phương trình được biểu diễn ở dạng [7]: δA  K A  K 0  A Đặt 0  - Sai lệch tham số hiệu chỉnh so với giá   x   A(t)  a(x) x  B(t)  b(x)u  f δB  K B  K B   (20) trị tối ưu.  y  Cx Trong đó: A(t), B(t) - Ma trận không cố định, xác định δ   δA δB  - Vector tổng quát của sai lệch hiệu chỉnh thành phần tuyến tính của các tham số đối tượng điều khiển so với giá trị tối ưu. Vol. 60 - No. 6 (June 2024) HaUI Journal of Science and Technology 19
  5. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ https://jst-haui.vn P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 W   x (u0  u1 ) - Vector tổng quát của tín hiệu điều Ma trận tham số hiệu chỉnh KA, KB được xác định như sau: khiển. A K (t)   γ BT Pe.diagf (x )n x T  λ K (t),r  1,n A M qr r 1 A A  (41) Phương trình (25) được viết lại như sau:  (t)   γ B T Pe(u  u )T  λ K (t) K B  B M 0 1 B B  x  AM x  BMu0  BM δW  BMua  φ (28) Trong đó: γ A , λB , γB , λB là hệ số dương khuếch đại hiệu    Từ phương trình sai số (23):  e  x  x M (29) chỉnh tham số. Thay (18) và (28) vào (29) ta được: n diagfp (x r )1  diagfp (x1 ),fp (x 2 ),...fp (x r )...fp (x q ) (42)  e  AM e  BM δW  BMua  φ (30) Trong hệ bám điện thủy lực pháo AK-176M sử dụng các Xét hàm Lyapunov xác định dương [9]: hàm sau: 1 V(e,δ)  e TPe  (δ T  1δ)  0 (31) 5 fp (x1 )  f(x1 );fp (x2 )  f(x2 ); 2  diagfp (xr )1 và (43) fp (x3 )  f(x3 );fp (x 4 )  f(x 4 );fp (x5 )  f(x5 ) P  P T , P  0;   diag(γii ), γ ii  0 (32) Khi đó theo phương trình (40) luật điều khiển thích nghi Để hệ thống ổn định tiệm cận thì đạo hàm (31): với hiệu chỉnh tham số sẽ được viết lại:  V(e,δ)  0 . Ta có: ua (t)  K A (t)diagf(x1 ), f(x 2 ), f(x 3 ),f(x 4 ),f(x 5 ) x 1 (44)   V(e,δ)  [e T (AMP  AMP)e  [e T BMPWδ  (δ T  1δ) T K B (t)u0 (t)  u1(t) 2 (33)  e T Pφ  e T PBMua ]]  0 Trong đó: Để bất đẳng thức (33) xảy ra thì các điều kiện sau phải K A (t)  k1A (t) k 2A (t) k 3A (t) k 4A (t) k 5A (t)  - Vector đảm bảo: K B (t)  - Tồn tại ma trận Q là ma trận vuông xác định dương, đối hiệu chỉnh tham số xứng bất kỳ thỏa mãn: Q = QT và P là nghiệm của phương x  (x1 ,x 2 ,x 3 , x 4 , x 5 ) - Vector các biến trạng thái. T trình: AMP  PAM  Q (34) Biến đổi (44) thành dạng vô hướng: - Các thành phần trong dấu ngoặc vuông (33) triệt tiêu ua (t)  k1A (t)f(x1 )x1  k 2A (t)f(x 2 )x 2  k 3A (t)f(x 3 )x 3 nhau từng đôi một: (45) k 4A (t)f(x 4 )x 4  k 5A (t)f(x 5 )x 5  K B (t)u0 (t)  u1(t)  T + e BMPWδ  (δ  δ)  δ  eBMPW T T 1 T (35) Phương trình vi phân của tham số hiệu chỉnh như sau T + ua  h.sign(BMPe) (36) [10]:    KA (t) γABMPe.diagf(x1),f(x2 ),f(x3 ),f(x4 ),f(x5 ) xT  λAKA (t) T δ  K A  K 0 δ  K A Từ:  A A  A (37)  (46) 0   T T KB (t) γBBMPe(u0 u1)  λBKB(t)  δB  K B  K B  δB  K B      A B  - Ma trận điều chỉnh tham số (ĐCTS). Hoặc ở dạng vô hướng:  T T k1A (t)   γ A f(x1 )BMPe.x1  λ A k1A (t) Phương trình (37) được viết lại như sau:  T T  K A   A eBMPx T T k 2A (t)   γ A f(x 2 )BMPex 2  λ Ak 2A (t) (38)  T T k 3A (t)   γ A f(x 3 )BMPex 3  λ A k 3A (t)  T T K B  B eBMP(u0  u1 )  T T (47) k 4A (t)   γ A f(x 4 )BMPex 4  λ A k 4A (t) Trong đó:  A , B , h là các ma trận đường chéo xác định  k 5A (t)   γ A f(x 5 )BMPex 5  λ A k 5A (t) T T dương điều chỉnh tham số (ĐCTS) và vector điều chỉnh tín hiệu  T T K B   γBBMPe(u0  u1 )  λBK B (t)  (ĐCTH) (có kích thước lần lượt là n x n, m x m và m x 1). Để tăng tốc độ điều chỉnh và giảm dao động, người ta Trong đó: γ A , λB , γB , λB là hệ số dương khuếch đại hiệu đưa thêm vào thành phần tỷ lệ ở bên phải biểu thức (38), ta chỉnh tham số. có biểu thức sau: Khi đó sơ đồ cấu trúc điều khiển thích nghi hiệu chỉnh  K A   A eBMPx T   A K A T tham số - modal với bộ quan sát trạng thái hệ bám điện thủy  T T (39) lực kênh hướng pháo AK-176M có dạng như hình 6. K B  B eBMP(u0  u1 )  BK B Trong đó bộ quan sát trạng thái và bộ điều khiển modal Trong đó:  A , B là ma trận xác định dương Hurwitz. được xây dựng như sau: Tín hiệu điều khiển thích nghi được đưa vào có dạng [7, 9]: - Các tham số cần phải đánh giá là góc quay của cơ cấu n điện từ , độ dịch chuyển của piston trong xilanh điều khiển ua (t)  K A (t)diagfp (x r )1 x  K B (t)u0 (t)  u1(t) (40) y, độ chênh lệch áp suất vào - ra của động cơ thủy lực ΔPB. Trong đó: fp(xr) là hàm trội [4]. Để đánh giá các tham số trên không đơn giản vì chi phí để 20 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Tập 60 - Số 6 (6/2024)
  6. P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 https://jst-haui.vn SCIENCE - TECHNOLOGY lắp cảm biến cao hoặc vị trí của các cảm biến ở những vị trí bên trái mặt phẳng phức của đa thức đặc trưng ButterWorth không thuận lợi nên dẫn đến sai số. Do vậy chúng ta xây bậc 5. dựng bộ quan sát đủ bậc để có θ thể đánh giá được các trạng Cân bằng đa thức H0, ΔH với đa thức ButterWorth bậc 5 ở thái trên. các bậc s tương ứng ta thu được các hệ số của bộ điều khiển Mục tiêu thiết kế bộ quan sát là tìm ma trận quan sát L K và bộ quan sát L. sao cho tất cả các nghiệm của phương trình đặc trưng nằm Mô hình toán của bộ quan sát đủ bậc được biểu diễn như bên trái mặt phẳng phức. Phương trình đặc trưng của bộ sau: quan sát có dạng:   x(t)  Ax(t)  Bu(t)  LC  x(t)  x(t) ˆ ˆ ˆ  (50) H  det(sI  A  LC) (48) ˆ ˆ  y=Cx Khuếch Xilanh Bơm thủy Động cơ Vòng vị trí Hộp van Bộ đổi tốc đại VP-BC điều khiển lực thủy lực Bệ pháo Kp ua u1 u1 + ˆ x - B ∫ C xM BM ∫ K A Bộ ĐK Modal AM L Mô hình mẫu Bộ quan sát trạng thái u0  u1 uT ua KB (u0  u1 )T ∫  B  B uT xT ˆ KA e  xM ∫ A T BM P +  A 5 diag  f qr ( xr ) 1 Bộ ĐKTN Hình 6. Sơ đồ cấu trúc điều khiển thích nghi hiệu chỉnh tham số hệ bám điện L  l1 l2 l3 l4 l5  T (51) thủy lực kênh hướng pháo AK-176M - Bộ điều khiển modal để xác định giá trị các hệ số tín ˆ Trong đó: x - Vector biến đánh giá; L - Ma trận hệ số bộ hiệu phản hồi cho tất cả các biến trạng thái của đối tượng ˆ ˆ quan sát; x , y là ước lượng biến trạng thái x và đầu ra y; để đảm bảo sự phân bố mong muốn của các điểm cực ˆ (y  y) là sai số quan sát thể hiện sự khác nhau giữa ngõ ra trên mặt phẳng phức cần để đa thức đặc trưng hệ truyền ˆ ˆ đo được thực tế y(t) và ngõ ra y  Cx ; thành phần thêm vào động kín theo vector trạng thái của vòng tốc độ đa thức mẫu mong muốn. Phương trình đặc trưng của bộ điều LC x(t)  x(t) cung cấp một sự điều chỉnh chủ động ngay ˆ khiển có dạng: khi sai số của sự quan sát là khác 0. det(sI  A  BK)  H0 (49) Phương trình điều khiển Modal: Đa thức mẫu được chọn trong trường hợp này là đa thức u1  Kx  k1x1  k 2 x 2  k 3 x 3  k 4 x 4  k 5 x 5 (52) ButterWorth bậc 5. Vì vậy ta có biểu thức sau: K  k1 k2 k 3 k 4 k5  (53) H  H0  s5  α1ω0 s 4  α 2 ω2 s3  α 3 ω3 s2  α 4 ω0 s  ω5 0 0 4 0 1 4. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Trong đó: ω0  (0,5...1,0)ω0p ;ω0p  TμP ; α1  3,24; α2 15,24; 4.1. Tham số mô phỏng α3  5,24; α 4  3,24 là dải thông mong muốn của hệ kín Các thông số của hệ thống như bảng 1. theo điều khiển modal; s1, s2, s3, s4, s5 là các điểm cực phân bố Vol. 60 - No. 6 (June 2024) HaUI Journal of Science and Technology 21
  7. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ https://jst-haui.vn P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Bảng 1. Các thông số của hệ thống Tham số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 2 Mômen tải quán tính của động cơ thủy lực Jt Nms 0,0096 Hệ số rò rỉ động cơ thủy lực fl m3/S.Pa 0,00727 Hệ số mô men phụ thuộc kết cấu của cơ cấu kv 0,091 chấp hành Hệ số đàn hồi của dầu thủy lực βe Pa 1,2.109 Thể tích thùng dầu Vt m3 3.10-3 Hệ số thể tích của động cơ kM 0,125.10-9 Hệ số rò bơm thủy lực Ct m3/S.Pa 0,125.10-9 Bán kính của đĩa nghiêng bơm thủy lực dB m 0,025 Hệ số truyền của bơm KB 0,656.10-13 Hệ số thời gian của khuếch đại van trượt TTP 0,045 Hệ số khuếch đại Kdk 0,47 Mô men quán tính của phần quay J Nms 2 3.10-3 b) Hệ số giảm chấn fθ Nms/rad 0,576 Hình 7. So sánh đáp ứng đầu ra khi có tải MT = 0,4 tại t = 4s Hệ số góc quay Kθ 1,23 * Đáp ứng của hệ thống bám điện thủy lực kênh hướng pháo AK-176M ở chế độ bám sát khi tác động đầu vào là hàm Mômen cản thủy lực KT 3,93 sine có tốc độ quay là 0,9 (rad/s) như hình 8. Hệ số dòng điện Ki 1,67 Hệ số điện trở trong cuộn dây KR 1/Ω 5,48 4.2. Kết quả mô phỏng Mô phỏng hệ thống bám điện thủy lực kênh hướng của pháo AK-176M với các trường hợp sau: hệ thống nguyên bản, hệ thống tuyến tính hóa, mô hình mẫu, hệ thống. Minh chứng hiệu quả của bộ điều khiển thích nghi, so sánh với hệ thống nguyên bản, ta đặt vào hệ thống những sự thay đổi về thông số hệ thống có thể xảy ra trong quá trình làm việc. * Khi có tác động của tải MT = 0,4 tại t = 4s, đáp ứng đầu Hình 8. Đáp ứng đầu ra khi đầu vào là hàm sine ra của hệ thống khi so sánh bộ điều khiển PID (a) và bộ bộ * Đáp ứng của hệ thống bám điện thủy lực kênh hướng điều khiển thích nghi (b) (hình 7). pháo AK-176M ở chế độ bám sát khi tác động đầu vào là hàm ramp có độ dốc là 20 như hình 9. Ta thấy sau 0,7(s) thì đáp ứng đầu ra bám sát tác động đầu vào. Hình 9. Đáp ứng đầu ra khi đầu vào là hàm ramp Trong điều kiện chịu ảnh hưởng của các yếu tố như: đàn hồi, ma sát và mô men quán tính trên tải hệ thống vẫn đảm bảo được độ chính xác trong cả chế độ động và chế độ tĩnh, sai số trong chế độ tĩnh luôn về 0 trong các trường hợp khác nhau. Với các thông số nhận được trong quá trình khảo sát ta thấy hệ thống đạt được chỉ tiêu chất lượng đề ra với độ ổn a) định cao, tần số dao động ít, thời gian chuyển về chế độ xác lập nhanh. 22 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Tập 60 - Số 6 (6/2024)
  8. P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 https://jst-haui.vn SCIENCE - TECHNOLOGY 5. KẾT LUẬN Bài báo đã trình bày kết quả xây dựng bộ điều khiển thích nghi cho hệ thống bám điện thủy lực pháo AK-176M. Phần trình bày được bắt đầu từ việc xây dựng bộ điều khiển thích nghi và xây dựng sơ đồ mô phỏng trên Simulink. Hệ thống bám điện thủy lực của pháo AK-176M trên tàu là một hệ thống phức tạp, có nhiều yếu tố phi tuyến. Bài báo sử dụng phương pháp điều khiển thích nghi, thông qua những kết quả mô phỏng thể hiện hiệu quả của việc ứng dụng các phương pháp này. Trong kết quả đánh giá chất lượng làm việc hệ truyền động bám hướng pháo AK-176M nhận thấy hệ thống đạt được các thông số tương ứng với yêu cầu đã nêu trong nhiệm vụ kỹ thuật. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Naval Technical Institute, Thuyet minh ky thuat phao AK-176M. Haiphong, Vietnam, 2011. [2]. Hoang Duc Kiem, Dao Hoa Viet, Nguyen Thanh Tien, Phung Manh Hung, Co so tinh toan thiet ke cac he thong dieu khien vu khi. People's Army Publishing House, Hanoi, 2016. [3]. Nguyen Trong Hieu, Thuy luc ky thuat may va he thong khi nen tren tau quan su. Military Technical Academy, Hanoi. [4]. Tae-Chung Kim, Analysis of clearance non-linearities and vibro-impacts in torsional systems. The Ohio State University, 2003. [5]. Noah D Manring, Roger C Fales, Hydraulic control systems. John Wiley & Sons, 2019. [6]. Roger C. Fales, Noah D. Manring, Hydraulic Control System. John Wiley & Sons, 2020. [7]. Putov V. V, Adaptive control for dynamic systems: systems with reference models. SPb: Publisher Saint Petersburg Electrotechincal University “LETI", 92, 2001. [8]. Burakov, Theory of automatic control. Guidelines for laboratory work. SPbGUAP. SPb: Publishing house SPbGUAP, 93, 2006. [9]. Putov V. V., Adaptive and modal control of mechanical objects with elastic deformations. 64, 2002. [10]. NT Kuzovkov, Modal control and observing devices. 1976. AUTHORS INFORMATION Pham Tuan Thanh1, Hoang Hai Son2, Hoang Manh Cuong3 1 Department of Control Engineering, Military Technical Academy, Vietnam 2 Department of Weapons, Military Technical Academy, Vietnam 3 Naval Academy, Vietnam Vol. 60 - No. 6 (June 2024) HaUI Journal of Science and Technology 23
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2412 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2