Phân tích động lực học hệ thống treo chủ động cho mô hình ¼ xe sử dụng bộ điều khiển PID và LQR

Bài báo trình bày kết quả mô phỏng hiệu suất làm việc của hệ thống treo chủ động cho mô hình ¼ xe sử dụng bộ điều khiển tuyến tính (LQR) và kiểm soát tính phân đạo hàm theo tỉ lệ (PID). Mô hình nghiên cứu được sử dụng là mô hình tuyến tính.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích động lực học hệ thống treo chủ động cho mô hình ¼ xe sử dụng bộ điều khiển PID và LQR HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TREO CHỦ ĐỘNG CHO MÔ HÌNH ¼ XE SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÀ LQR DYNAMIC ANALYSIS OF ACTIVE SUSSPENTION SYSTEM FOR1/4 MODEL VEHICLE USING PID AND LQR CONTROLLER VŨ HẢI QUÂN1*, NGUYỄN ANH NGỌC1, NGUYỄN HUY TRƯỞNG2 1 Khoa Công nghệ ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 2 Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự, Bộ Quốc phòng *Email liên hệ: quanvh@haui.edu.vn Tóm tắt results of the article show that with LQR and PID Bài báo trình bày kết quả mô phỏng hiệu suất làm control algorithms applied for the active việc của hệ thống treo chủ động cho mô hình ¼ xe suspension system will allow reducing 2-3 times sử dụng bộ điều khiển tuyến tính (LQR) và kiểm the time to extinguish the oscillation of the soát tính phân đạo hàm theo tỉ lệ (PID). Mô hình suspension system. nghiên cứu được sử dụng là mô hình tuyến tính. Keywords: Quarter of a vehicle, active Kết quả mô phỏng cho phép khảo sát các thông số suspension system, LQR, PID. động lực học của hệ thống treo bao gồm: Dịch chuyển thân xe; Gia tốc thân xe; Độ dịch chuyển 1. Đặt vấn đề bánh xe; Hành trình treo của hệ thống. Bài báo sử Ô tô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ dụng hai loại biên dạng mặt đường để khảo sát kết chặt chẽ với đường có biên dạng phức tạp. Dao động hợp với hai thuật toán điều khiển để mô phỏng và của ô tô không những ảnh hưởng đến con người, hàng so sánh. Thông qua việc xây dựng các mô hình hóa chuyên chở, độ bền của các cụm tổng thành. toán học và ứng dụng phần mềm MATLAB/ Những dao động này sẽ gây ảnh hưởng xấu đến xe và SIMULINK để khảo sát, kết quả bài báo cho thấy đặc biệt là cảm giác của người lái. Chính vì vậy hệ việc ứng dụng các thuật toán điều khiển LQR, PID thống treo được ra đời để giải quyết các vấn đề về độ vào hệ thống treo chủ động cho phép giảm 2-3 lần êm dịu chuyển động và an toàn chuyển động của ô tô. thời gian dập tắt dao động, biên độ dao động phần Nếu với hệ thống treo thụ động chỉ đáp ứng được với khối lượng được treo của cả 2 thuật toán đều tốt các cung đường nhất định. Hệ thống treo thông hơn so với hệ thống treo bị động. thường bao gồm một lò xo, giảm xóc thủy lực, thanh Từ khóa: Mô hình một phần tư xe, hệ thống treo xoắn, còn được gọi là hệ thống treo bị động. Một trong chủ động, LQR, PID. những hướng phát triển chính mà các hãng xe hơi lớn Abstract đang hướng tới hiện nay là thiết kế hệ thống treo chủ This paper presents the results of simulating the động. Thuật ngữ chủ động có thể hiểu là một hệ performance of the active suspension system for thống treo, trong đó các thông số làm việc có thể được the ¼ vehicle model using a linear controller thay đổi trong quá trình hoạt động. Bộ điều khiển điện (LQR) and proportional derivative control (PID). tử có chức năng xác định và điều khiển cơ cấu chấp The linear model is used for the research. hành giúp cho xe duy trì tính năng êm dịu và ổn định Simulation results allow to evaluate the dynamic trên nhiều dạng địa hình vận hành khác nhau. parameters of the suspension system such as: Việc xây dựng những phương pháp để điều khiển Body displacement; Body acceleration; Wheel hệ thống treo chủ động là yếu tố then chốt để đảm bảo displacement; Suspension travel. Two types of hiệu suất làm việc của hệ thống. Với phương pháp road profiles are applied for survey and compare, kiểm soát chính xác sẽ cung cấp tốt hơn sự thỏa hiệp in combination with two control algorithms in giữa cảm giác thoải mái khi ngồi trên xe và tính năng simulation. Through the construction of ổn định của xe khi di chuyển trên đường. Ngày nay có mathematical models and application of rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để nâng cao hiệu suất của hệ thống treo tốt hơn bằng cách đưa ra MATLAB/SIMULINK software for simulation, the phương pháp kiểm soát phù hợp [1, 2, 3]. Trong hầu SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 229 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 hết các nghiên cứu đã được thực hiện, một mô hình thành 2 phần chính như sau: tuyến tính được sử dụng giả định. Mô hình tuyến tính Tại M1, cho phép dễ dàng mô tả và xác định được những thông F = M a - Kt X w - r - K a ( X w - X s ) số cơ bản động lực học của một chiếc xe thực tế. Việc (1) áp dụng phương pháp điều khiển LQR cho hệ thống -Ca ( X w - X s ) - U a = M1X w treo chủ động đã được đề xuất trong mô hình một phần tư xe [3] và cho một mô hình toàn xe. Phương pháp - Kt X w - r - K a ( X w - X s ) - Ca ( X w - X s ) - U a Xw = điều khiển LQR được sử dụng để có thể cải thiện việc M1 xử lý xe và tạo ra sự thoải mái khi ngồi trên xe [4]. Tại M2, 2. Xây dựng mô hình động lực học F = M a - Ka X s - X w ...