Đối tượng phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu (động cơ Diesel 4CH-JANMAR)
Động cơ Diesel 4CH-YANMAR
Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu, tìm hiểu các thông số kỹ thuật của động cơ
Nghiên cứu đặc tính của động cơ là rất quan trọng để hiểu phản ứng của nó khi hoạt động ở các chế độ khác nhau Cụ thể, cần phân tích mối liên quan giữa các thông số như công suất, tốc độ, nhiệt độ khí xả và nhiệt độ nước làm mát trong quá trình vận hành động cơ Việc này giúp tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo hoạt động ổn định của động cơ.
- Tìm giải pháp điều khiển tay ga động cơ Diesel 4CH- YANMAR
- Thiết kế chế tạo bộ điều khiển tay ga điện tử cho động cơ
- Chế tạo bộ điều khiển tự động tay ga điện tử cho động cơ YANMAR 4CH
- Chạy thử nghiệm động cơ
- Đo đạc các thông số của động cơ trong quá trình thí nghiệm
- Phân tích đánh giá kết quả thu được
“Nghiên cứu, thiết kế chế tạo bộ điều khiển tự động tay ga điện tử cho động cơ YANMAR 4CH tại phòng thực hành bộ môn động lực”
Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bộ điều khiển tự động tay ga điện tử trên động cơ diesel
Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, động cơ diesel hiện đại được trang bị nhiều hệ thống giám sát và điều khiển tự động Tất cả thông số về trạng thái của động cơ được theo dõi và kiểm soát liên tục trong suốt quá trình hoạt động, nhằm đảm bảo an toàn, tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và đạt các chỉ tiêu kỹ thuật khác.
Giám sát quá trình khởi động và đảm bảo các thông số vận hành của động cơ có các khối Auto start controller như ASM 150, ASM 170, ASM 710, vv
Bộ giám sát Automatic Engine controller ES52 và ECU-9907 được ứng dụng trong điều khiển tự động động cơ trên các tàu lớn và hiện đại, tuy nhiên chi phí cao và yêu cầu nhân viên vận hành có trình độ chuyên môn cao Tại Việt Nam, các ứng dụng này chủ yếu dừng lại ở mức cảnh báo, sử dụng cảm biến tín hiệu áp suất dầu bôi trơn, áp suất cực đại Pz, cảm biến tốc độ và nhiệt độ nước làm mát để giám sát và cảnh báo khi các thông số không đạt yêu cầu.
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY GA CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN, LÊN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Cơ sở lý thuyết việc ứng dụng điều khiển tự động
Trong các động cơ tàu thủy hiện đại cỡ lớn, thiết bị điều khiển tự động thường đi kèm với máy, có giá thành cao và yêu cầu trình độ vận hành chuyên môn Tuy nhiên, đây không phải là đối tượng nghiên cứu của đề tài này.
Các động cơ máy nhỏ hiện nay thường được trang bị các thiết bị đo lường như tốc độ vòng quay, áp suất dầu bôi trơn, nhiệt độ khí xả và nhiệt độ nước làm mát, đồng thời cảnh báo khi các thông số này vượt quá giới hạn cho phép Đề tài nghiên cứu này tập trung vào động cơ YANMAR 4CH, trong đó điều khiển tự động tay ga là quá trình tự động điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ, nhằm thay đổi công suất phát ra phù hợp với tải và chế độ khai thác, đồng thời đảm bảo tiêu chí an toàn và kinh tế.
2.1.1 Tiêu chí xác định quá tải động cơ trên cơ sở nhiệt độ khí xả và tốc độ vòng quay
Khái niệm này liên quan đến ứng suất, biến dạng và áp suất trong các phần tử tĩnh và chuyển động, cũng như trong các cụm lắp ghép khi chịu tác động của tải trọng cơ học trong quá trình động cơ hoạt động.
Các chỉ tiêu đánh giá ứng suất cơ của động cơ bao gồm giá trị và sự thay đổi của ứng suất, biến dạng, và áp suất riêng trong các chi tiết của bệ máy và cơ cấu chuyển động dưới tác động của phụ tải cơ Khả năng hoạt động của các chi tiết, thiết bị dẫn động, ổ đỡ, điều kiện bôi trơn, sự mài mòn và hiện tượng "mỏi" của vật liệu đều phụ thuộc vào ứng suất cơ Việc đo lường ứng suất, biến dạng và ứng suất riêng gặp nhiều khó khăn kỹ thuật, do đó thường được kiểm tra gián tiếp Việc thiết lập các thông số gián tiếp có khả năng phản ánh chính xác ứng suất cơ là rất quan trọng để hỗ trợ kiểm tra và phân tích trong quá trình khai thác Đối với các động cơ có kích thước cụ thể, các chỉ tiêu này bao gồm lực khí cháy và lực quán tính của các khối lượng chuyển động, và chúng luôn thay đổi, do đó ứng suất cơ cũng phản ánh sự biến đổi về giá trị và đặc điểm theo thời gian.
Các thông số động của chu trình công tác và động cơ sẽ đáp ứng các điều kiện đã nêu Những thông số động này bao gồm các yếu tố cơ bản quan trọng.
- Áp suất cháy cực đại pz: p z (kG/cm 2 ) được dùng để tính toán sức bền của động cơ
-Mức độ tăng áp suất: l c z p p
-Tốc độ tăng áp suất trung bình: w j D
Dj= φz – φc; φ z ,φ c – góc quay của trục khuỷu tương ứng với điểm Z (p z ) và điểm C (p c )
-Tốc độ tăng áp suất cực đại: wmax = ( j d dp ) max Áp suất cháy lớn nhất p z xác định giá trị của lực, còn các thông số λ và j
Dp xác định đặc tính của lực
Tải trọng cơ học lớn nhất khi p z , l, w đạt giá trị cực đại
Các thông số động của quá trình công tác thực tế được đánh giá thông qua ứng suất cơ của động cơ, và việc kiểm tra có thể thực hiện dễ dàng bằng thiết bị đo công suất chỉ thị cơ khí thông thường (Indicator).
Dp được xác định thông qua đồ thị công chỉ thị khai triển hoặc ô-xi-lô-gram, trong đó áp suất cháy cực đại p z là đại lượng quan trọng nhất Giá trị p z trong quá trình khai thác không được vượt quá mức p z được quy định trong tài liệu của nhà máy chế tạo Việc tuân thủ các giá trị này là cần thiết để đảm bảo tránh hiện tượng quá tải cho động cơ về ứng suất cơ.
Là khái niệm đặc trưng bởi ứng suất, biến dạng trong các phần tử (chi tiết máy), dưới tác dụng của tải trọng nhiệt khi động cơ làm việc
2.1.1.2.2 Các chỉ tiêu đánh giá
Khi động cơ hoạt động, các chi tiết như nắp xilanh, xilanh, pittông và xupap phải chịu cả tải trọng cơ học và nhiệt, dẫn đến sự xuất hiện của ứng suất nhiệt và biến dạng Điều này làm cho dầu bôi trơn ở các bề mặt trượt bị cáu bẩn, gây mài mòn lớn Vì vậy, trạng thái nhiệt của nhóm pittông-xilanh đóng vai trò quan trọng trong khả năng hoạt động, độ tin cậy và an toàn của động cơ, và ứng suất nhiệt trở thành tiêu chuẩn cơ bản để đánh giá hiệu suất làm việc của động cơ.
Hiện nay, việc đo nhiệt độ của thành vách xilanh và độ giáng nhiệt trong các vách được sử dụng để đánh giá các chỉ tiêu ứng suất nhiệt Nhiệt độ sơmi xilanh và nhiệt độ mặt gương xilanh xác định trạng thái màng dầu bôi trơn, điều kiện bôi trơn và mức độ mài mòn Đồng thời, độ giáng nhiệt ∆T và nhiệt độ trung bình của chiều dày vách xilanh đặc trưng cho ứng suất nhiệt, thể hiện sự biến dạng của các chi tiết, sự thay đổi hình dáng hình học, cũng như sự xuất hiện của các vết nứt, vết xước và mài mòn cục bộ.
Trạng thái nhiệt của động cơ trong khai thác được xác định qua các chỉ số như nhiệt độ làm mát, nhiệt độ khí xả, áp suất chỉ thị bình quân và vị trí tay ga nhiên liệu Khi các thông số này nằm trong giới hạn cho phép và tuân thủ quy tắc khai thác kỹ thuật, động cơ sẽ hoạt động ổn định, tin cậy và không gặp sự cố hư hỏng.
Trong quá trình khai thác, sự thay đổi của điều kiện hàng hải, bao gồm sóng gió, chiều chìm của tàu, và trạng thái kỹ thuật của động cơ chính và chân vịt, thường dẫn đến sự sai lệch giữa các thông số khai thác và tiêu chuẩn Điều này tạo ra khó khăn trong việc lựa chọn phụ tải tối ưu cho hệ thống.
Việc sử dụng tăng áp động cơ cũng dẫn đến làm tăng mức độ ứng suất nhiệt, nên có hiệu quả làm giảm độ bền của các chi tiết
Cần hiểu rõ ảnh hưởng của các thông số quá trình công tác và điều kiện làm mát đối với chỉ tiêu ứng suất nhiệt Đồng thời, cần đánh giá trạng thái nhiệt của động cơ dựa trên các chỉ tiêu tổng hợp của ứng suất nhiệt.
Chỉ tiêu ứng suất nhiệt được xác định bằng cách tính toán độ giảm nhiệt độ tại bề mặt của chi tiết máy khi tiếp xúc với nguồn nhiệt Giá trị này được tính theo công thức cụ thể, giúp đánh giá khả năng chịu đựng nhiệt của vật liệu trong quá trình hoạt động.
E: Mô đun đàn hồi của vật liệu a L : Hệ số giãn nở của vật liệu
Độ giảm nhiệt độ qua thành vách chi tiết m ảnh hưởng lớn đến hệ số Piasson, dẫn đến ứng suất nhiệt gia tăng Hiện tượng nứt nắp xilanh, sơ mi xilanh và bó kẹt nhóm piston thường xảy ra khi chế độ sử dụng, nhiệt bôi trơn và làm mát không đúng quy định.
Trong quá trình sử dụng, ứng suất nhiệt thường được đánh giá gián tiếp thông qua các thông số liên quan đến cường độ tải trọng nhiệt, bao gồm nhiệt độ cháy cực đại (Tz) và nhiệt độ khí xả.
T x và độ chênh lệch độ nước làm mát Dt
2.1.2 Các đặc tính động cơ Diesel và miền làm việc
2.1.2.1 Đặc tính tốc độ của động cơ Diesel (Đặc tính công suất)
Là đặc tính biểu thị sự thay đổi các thông số công tác của động cơ theo hàm tốc độ quay hoặc tốc độ tàu
-Phương trình biểu diễn đặc tính tốc độ theo hàm tổng quát sau:
1 Đặc tính tốc độ chia ra 2 loại:
3 Đặc tính chân vịt (h a const)
Xác định các thông số điều khiển
Theo phân tích ở mục 2.1, công suất động cơ có mối liên hệ chặt chẽ với nhiệt độ khí xả và tốc độ vòng quay Để kiểm chứng và xác lập mối quan hệ này, tôi đã tiến hành thử nghiệm trên động cơ YANMAR 4CH.
Động cơ 4CH của hãng Yanmar là loại động cơ Diesel 4 xilanh thẳng hàng, được thiết kế cho các tàu thủy cỡ nhỏ Động cơ này sử dụng hệ thống làm mát hiệu quả, đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường nước.
Bình lọc nhiên liệu Cần dừng động cơ
Cần gạt ly hợp Động cơ khởi động
Bơm nước biển Máy phát điện
Hình 2-5: Sơ đồ động cơ 4CH
Lỗ thông hơi hai vòng bao gồm hai hệ thống: hệ kín, nơi nước ngọt tuần hoàn cung cấp cho động cơ, và hệ hở, trong đó nước ngoài tàu cung cấp nước ngọt và dầu bôi trơn Động cơ 4CH là loại động cơ không tăng áp.
Bảng 2-1 Các thông số kỹ thuật của động cơ 4CH
Tên các thông số Đơn vị Giá trị
Kiểu buồng đốt Buồng cháy thống nhất
Số xilanh 4 Đường kính xilanh và hành trình piston mm(in) 105 ´ 125(4.13 ´ 4.92)
Dung lích xilanh l(cu.in) 4.330(264.21)
Công suất định mức HP/rpm 70/2300
Danh định Nhẹ Trung bình Nặng Đầu ra lớn nhất
Trục khuỷu Ngược chiều kim đồng hồ
Trục chân vịt Cùng chiều kim đồng hồ
Vị trí công suất Phía bánh đà
Hệ thống khởi động Khởi động điện
Kiểu làm mát Làm mát hai vòng
Bơm nước ngọt Bơm ly tâm, bánh răng truyền động Bơm nước biển Cánh cao su, truyền động đai
Bộ trao đổi nhiệt Sinh hàn dạng ống
Van hằng nhiệt Dạng bi Độ giãn nở của két Nhờ van áp lực
Dung lượng bình làm mát nước ngọt
Kiểu hệ thống Bôi trơn áp lực
Bơm dầu Bơm bánh răng
Bộ lọc dầu Lõi lọc bằng giấy hai lớp
Làm mát dầu Sinh hàn dạng ống, làm mát bằng nước biển Van điều chỉnh áp lực dầu Dạng trụ, với vít điều chỉnh ngoài
Bơm cao áp Kiểu bosch - bơm cụm
Bộ điều tốc Điều tốc ly tâm nhiều chế độ
Bộ tự động điều chỉnh thời gian
Góc phun sớm 18 o Áp suất phun kg/cm 2 (psi) 210-230(2986-3271)
Bộ lọc nhiên liệu Lọc bằng giấy (hai lớp)
Trọng lượng Kg(Ib) 647(1427) mm(in) 1258(49.58)
Kích thước bánh răng đảo chiều
2.3 Thực nghiệm tìm mối quan hệ giữa công suất động cơ và hai thông số:
Nhiệt độ khí xả, tốc độ vòng quay
Sau khi hiệu chỉnh và chuẩn bị các yêu cầu về quy trình vận hành máy tôi tiến hành chạy thử nghiệm trên động cơ YANMAR 4CH
Dưới đây là kết quả chạy thử nghiệm động cơ
Kết quả chạy thử nghiệm:
Trong các bảng số liệu thì các ký hiệu:
%DO - là mức điều chỉnh hành trình núm vặn điều khiển động cơ servo kéo tay ga
M - Mô men ghi lại trên máy đo công suất (Foot – Found) ΔM – mo men tính toán sau khi trừ đi giá trị của mo men ban đầu (Foot –
Me- mô men thực xác định Me= ΔM.Ktb= ΔM 6,316
N – công suất tính toán tại đầu vào của phanh (HP)
N e – công suất tính toán tại đầu ra của động cơ có tính đén hiệu suất của các khâu trung gian (HP)
G – lưu lượng nước cấp cho phanh n đc
Bảng 2-3 Số liệu chạy thực nghiệm không tải
Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Me, Ne, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí thải và vị trí tay ga theo tốc độ động cơ ở chế độ không tải.
Bảng 2-4 Số liệu chạy thực nghiệm mức tải G = 1,55 l/ph
Đồ thị trong hình 2-10 minh họa quy luật biến thiên của Me, Ne, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí thải và vị trí tay ga theo tốc độ động cơ, tương ứng với mức nước cấp cho phanh là 1,55 l/ph.
Bảng 2-5 Số liệu chạy thực nghiệm mức tải G = 3,04l/ph
Đồ thị trong hình 2-11 thể hiện sự biến đổi của Me, Ne, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí thải và vị trí tay ga theo tốc độ động cơ, tương ứng với mức nước cấp cho phanh là 3,04 l/n đc.
Bảng 2-6 Số liệu chạy thực nghiệm mức tải G = 4,5 l/ph
Đồ thị trong hình 2-12 minh họa sự biến thiên của Me, Ne, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí thải và vị trí tay ga theo tốc độ động cơ, tương ứng với mức nước cấp cho phanh 4,5 l/ph.
% tay ga lb) (ft-lb) nước
Bảng 2-7 Số liệu chạy thực nghiệm mức tải G = 5,41 l/ph
Đồ thị trong hình 2-13 thể hiện sự biến đổi của các yếu tố như Me, Ne, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí thải và vị trí tay ga theo tốc độ động cơ, với mức nước cấp cho phanh là 5,41 l/ph.
Dựa vào kết quả của số liệu thực nghiệm cho ta thấy:
Thông số tốc độ động cơ và nhiệt độ khí xả phản ánh tức thời công suất của động cơ Khi tốc độ động cơ tăng lên, giá trị công suất và nhiệt độ khí xả cũng tăng tương ứng với từng mức tải khác nhau Sự thay đổi này cho thấy rằng khi mức tải tăng dần, cả hai giá trị công suất và nhiệt độ khí xả đều phản ứng tức thời bằng cách tăng lên Kết quả thực nghiệm này sẽ là cơ sở để xác định miền giá trị của nhiệt độ khí xả và tốc độ động cơ trong giải thuật điều khiển được trình bày ở chương sau.
THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY GA ĐIỆN
Các yêu cầu kỹ thuật với bộ điều khiển
Bộ điều khiển động cơ dựa trên hai thông số chính là nhiệt độ khí xả và tốc độ vòng quay để điều chỉnh lượng nhiên liệu, đảm bảo động cơ hoạt động trong miền cho phép và tránh quá tải Sự điều chỉnh này giúp động cơ duy trì hiệu suất tối ưu, ngay cả khi có sự thay đổi về tải trọng, điều kiện khí hậu, chất lượng nhiên liệu, dầu bôi trơn và nước làm mát Do đó, bộ điều khiển cần đưa ra quyết định chính xác nhằm đưa động cơ về trạng thái làm việc mong muốn.
Sự tác động điều khiển yêu cầu độ chính xác và tốc độ kịp thời, tuy nhiên cần tránh việc điều chỉnh tay ga liên tục, vì điều này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến độ tin cậy của động cơ và bộ điều khiển.
Bộ điều khiển nhỏ gọn và dễ sử dụng cho phép người dùng tùy chỉnh và thiết lập lại chương trình theo tình trạng động cơ và chế độ khai thác mong muốn.
Lựa chọn phương án điều khiển và giải thuật điều khiển
3.2.1 Lựa chọn phương án điều khiển:
Bộ điều khiển mà chúng tôi nghiên cứu dựa trên tín hiệu đầu vào từ hai thông số quan trọng: nhiệt độ khí xả và tốc độ động cơ Hai thông số này thường xuyên thay đổi trong quá trình hoạt động với tính chất “không chính xác”, “không chắc chắn” và “không đầy đủ” Việc áp dụng kỹ thuật điều khiển kinh điển để tìm ra ánh xạ tương ứng cho mỗi tập hợp chính xác là điều không cần thiết và rất khó khăn Do đó, “Điều khiển mờ” được xem là giải pháp phù hợp, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của bộ điều khiển Ưu điểm nổi bật của điều khiển mờ là khả năng tổng hợp bộ điều khiển mà không cần biết trước đặc tính của đối tượng một cách chính xác, điều này đặc biệt hữu ích cho các đối tượng phức tạp có hàm truyền chưa rõ ràng.
Điều khiển mờ, khác với kỹ thuật điều khiển kinh điển, không yêu cầu thông tin phải chính xác tuyệt đối, mà chỉ cần xử lý những thông tin không chính xác hoặc không đầy đủ Sự chính xác của thông tin trong điều khiển mờ được đánh giá qua mối quan hệ giữa chúng và có thể được mô tả bằng ngôn ngữ Điều này cho phép đưa ra những quyết định chính xác, mô phỏng cách xử lý thông tin và điều khiển của con người, đánh dấu sự khởi đầu cho ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong lĩnh vực điều khiển.
3.2.1.1 Sơ lược về logic mờ
3.2.1.1.1 Quá trình phát tri ển logic mờ
Logic mờ, được giới thiệu lần đầu tiên tại Mỹ vào năm 1965 bởi giáo sư Lotfi Zadeh từ trường đại học Berkeley, đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển quan trọng Từ những phát minh ban đầu ở Mỹ, logic mờ đã được áp dụng rộng rãi tại Châu Âu và sau đó được tích hợp vào các sản phẩm thương mại tại Nhật Bản.
Sau những năm 1970, logic mờ lần đầu tiên được ứng dụng tại trường Queen Mary ở Luân Đôn, nơi Ebrahim Mamdani sử dụng nó để điều khiển một máy hơi nước mà trước đây không thể điều khiển bằng các kỹ thuật cổ điển Tại Đức và Liên Xô, logic mờ cũng bắt đầu được áp dụng cho các hệ thống ra quyết định Từ năm 1980, logic mờ đã đạt được nhiều thành công trong các ứng dụng ra quyết định và phân tích dữ liệu ở Châu Âu, với nhiều kỹ thuật logic mờ cao cấp được nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này.
Sau năm 1980, Nhật Bản đã tham gia vào lĩnh vực ứng dụng logic mờ, với một trong những ứng dụng đầu tiên là nhà máy xử lý nước của Fuji Electric.
1983, hệ thống xe điện ngầm của Hitachi vào năm 1987
Logic mờ được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển thông minh và xử lý dữ liệu, như trong máy quy phim và máy chụp hình để thể hiện sự chuyên môn của người nhiếp ảnh Mitsubishi đã giới thiệu chiếc xe đầu tiên trên thế giới sử dụng logic mờ trong hệ thống điều khiển, cùng với nhiều hãng xe Nhật Bản khác áp dụng logic mờ trong các thành phần của xe Trong lĩnh vực tự động hóa, Omron Corp sở hữu khoảng 350 bằng phát minh liên quan đến logic mờ Bên cạnh đó, logic mờ còn được sử dụng để tối ưu hóa nhiều quy trình hóa học và sinh học.
Trong những năm gần đây, logic mờ lại thu được nhiều quan tâm ở Mỹ, và trở thành một trong những lĩnh vực canh tranh giữa các cường quốc
Logic mờ hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử và tự động hóa, từ camcorder, camera, đầu HIFI đến tự động hóa công nghiệp Nó cũng được sử dụng trong các ứng dụng truyền thông như loại bỏ tiếng ồn, tìm đường qua internet và chỉ dẫn trực tuyến, đặc biệt là trong nhận dạng và xử lý tự động.
3.2.1.1 2 Cơ sở toán học của logic mờ
Logic mờ và xác suất thống kê đều nói về sự không chắc chắn Tuy nhiên mỗi lĩnh vực định nghĩa một khái niệm khác nhau về đối tượng
- Sự không chắc chắn theo thống kê: Liên quan đến sự xuất hiện của một sự kiện chắc chắn
Xét phát biểu sau: Xác suất trúng đích là 0,8
Sự kiện trúng đích đã được định nghĩa rõ ràng, tuy nhiên, sự không chắc chắn nằm ở việc liệu có trúng đích hay không, được thể hiện qua mức xác suất 0.8 Loại phát biểu này có thể được xử lý và kết hợp với các phát biểu khác thông qua các phương pháp thống kê, chẳng hạn như xác suất có điều kiện.
Sự không chắc chắn trong ngữ nghĩa đề cập đến những bất định trong ngôn ngữ con người, liên quan đến việc sử dụng từ ngữ không chính xác để ước lượng và rút ra kết luận về các vấn đề.
Các từ mô tả nhiệt độ như "nóng", "lạnh" hay "ấm" không có giá trị chính xác, vì không thể xác định cụ thể mức độ nào được coi là lạnh, chẳng hạn như 2 độ C có đủ để gọi là lạnh hay không.
2 o C và các khái niệm này cũng khác nhau đối với những người khác nhau: người này lạnh nhưng người khác thì không
Mặc dù các khái niệm không được định nghĩa chính xác nhưng con người vẫn có thể sử dụng chúng cho các ước lượng và quyết định phức tạp
Nhờ vào khả năng trừu tượng và tư duy, con người có thể hiểu và giải quyết những câu nói trong ngữ cảnh phức tạp mà toán học chính xác khó có thể mô hình hóa.
Xét phát biểu: Có thể chúng ta sẽ thành công trong năm học này
Mặc dù phát biểu này có vẻ tương tự như phát biểu trước, nhưng nó chứa đựng một số điểm khác biệt quan trọng Đầu tiên, sự kiện thành công trong năm học không được định nghĩa một cách rõ ràng Một số sinh viên coi năm học thành công là không phải học lại môn nào, trong khi những sinh viên khác lại xem thành công là việc cải thiện điểm số trung bình so với năm trước Tuy nhiên, ngay cả trong trường hợp này, vẫn không có tiêu chí cụ thể nào để xác định mức độ thành công, chẳng hạn như cần tăng bao nhiêu điểm.
Một điểm khác biệt nữa là về xác suất: trong khi phát biểu trên cung cấp một mô tả xác suất theo cách toán học, thì phát biểu này lại không đưa ra giá trị định lượng cho xác suất.
Mô hình sự không chắc chắn theo ngữ vựng cho thấy rằng, mặc dù con người thường sử dụng những phát biểu không định lượng, họ vẫn có khả năng thực hiện các ước lượng phức tạp một cách thành công Sự không chắc chắn này thường được tận dụng để gia tăng tính linh hoạt trong nhiều tình huống Trong xã hội, hệ thống pháp luật bao gồm nhiều luật khác nhau, mỗi luật được thiết kế để mô tả một tình huống cụ thể.
Trong một phiên tòa xét xử tội trộm xe, chánh án phải cân nhắc nhiều yếu tố để đưa ra mức án công bằng, bao gồm luật quy định mức phạt tối thiểu 2 năm tù và các quy định giảm nhẹ trách nhiệm Các yếu tố như nồng độ rượu trong máu và tiền án, tiền sự của bị cáo cũng được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo quyết định cuối cùng phản ánh đúng tính chất của hành vi phạm tội.
- Logic mờ là logic của con người
Sơ đồ khối và các chức năng điều khiển
Rất thấp DN6 DN6 DN4 DN3 DN1
Thấp DN6 DN5 DN4 DN3 DN1
Vừa DN4 DN4 DN4 DN3 DN1
Cao DN3 DN3 DN2 DN2 DN1
TỐC ĐỘ Rất cao DN1 DN1 DN1 DN1 DN1
Bảng 3-4 Minh họa trạng thái vùng làm việc ví dụ 3
3.3 Sơ đồ khối mạch điều khiển tay ga điện tử cho động cơ YANMAR 4CH
Hình 3-18: Sơ đồ khối hệ thống
3.3.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển bao gồm ba khối chính: khối đầu vào, khối xử lý trung tâm và khối đầu ra Khối đầu vào có nhiệm vụ thu thập tín hiệu đo lường từ cảm biến và tín hiệu điều khiển từ thiết bị điều khiển.
Cảm biến nhiệt độ khí xả
Cơ cấu chấp hành điều khiển tay ga động cơ
Cảm biến vị trí tay ga
Bộ xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ ví dụ 3, sau đó thực hiện chuyển đổi, tính toán và phân tích để tạo ra các tín hiệu điều khiển cho khối đầu ra Khối đầu ra bao gồm thiết bị hiển thị và các mạch điều khiển cho các cơ cấu chấp hành.
3.3.1.1 Kh ối đo thông số đầu v ào:
Cảm biến tốc độ đóng vai trò quan trọng trong việc gửi tín hiệu đến ECU khi động cơ hoạt động Dựa trên số vòng quay được đo, ECU sẽ tính toán giá trị tốc độ quay của động cơ Công thức tính toán tốc độ quay là: d t n = d j.
Trong đó: n – tốc độ quay (rad/s) dφ – góc đo được (rad) dt – thời gian ứng với góc đo(s)
Tốc độ n là giá trị thực của động cơ, từ đó ECU xác định công suất cung cấp cho động cơ dựa trên giá trị tốc độ mong muốn đã được cài đặt trước.
Cảm biến nhiệt độ có chức năng chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ môi trường thành tín hiệu điện gửi đến ECU Tuy nhiên, các cảm biến nhiệt độ trên thị trường thường có độ phân giải thấp, do đó cần thiết kế thêm một mạch khuyếch đại tín hiệu để đảm bảo tín hiệu truyền đến ECU đủ lớn.
3.3.1.2 B ộ xử lý trung tâm –ECU: Để đảm bảo khả năng điều khiển mềm dẻo của hệ thống ta lựa chọn phương án xây dựng bộ xử lý trung tâm bằng vi điều khiển Các vi điều khiển thích hợp cho các thiết kế nhỏ, với các thành phần thêm vào tối thiểu nhằm thực hiện các hoạt động hướng điều khiển Một vi điều khiển là một mạch đơn chứa bên trong một CPU và các mạch khác để tạo nên một hệ máy tính đầy đủ Ngoài CPU, các bộ vi điều khiển còn chứa bên trong chúng các RAM, ROM, mạch giao tiếp nối tiếp, mạch giao tiếp song song, bộ định thời và các mạch điều khiển ngắt Tất cả đều hiện diện bên trong một vi mạch Một đặc trưng quan trọng của bộ vi điều khiển là hệ thống ngắt được thiết kế bên trong chip Vì vậy, trong các thiết kế hướng điều khiển các bộ vi điều khiển đáp ứng với các tác động bên ngoài (các ngắt) theo thời gian thực
Tính năng điều khiển lập trình trên phần mềm cho phép dễ dàng điều chỉnh giải thuật và thay đổi chương trình, giúp thích ứng với các loại động cơ có công suất và chủng loại khác nhau Điều này mang lại sự thuận tiện đáng kể cho quá trình chuyển giao công nghệ sau này.
Màn hình LCD hiển thị các giá trị tức thời của các thông số khi động cơ hoạt động, bao gồm chế độ làm việc (auto hoặc manual), vị trí % tay ga, tốc độ quay n và nhiệt độ khí xả Tx.
- Cơ cấu chấp hành: Xuất tín hiệu điều khiển tới cơ cấu chấp hành, thay đổi vị trí tay ga nhiên liệu của động cơ
3.3.2 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống
3.3.2.1 Cảm biến nhiệt độ khí xả
Cảm biến nhiệt độ khí xả có vai trò quan trọng trong việc đo lường nhiệt độ của khí xả và truyền thông số này về khối điều khiển trung tâm Khối điều khiển sẽ xử lý dữ liệu và hiển thị giá trị nhiệt độ lên màn hình LCD, cập nhật liên tục để vi điều khiển có thể so sánh và đưa ra quyết định điều khiển vị trí tay ga động cơ Hiện nay, có nhiều loại cảm biến nhiệt độ như cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, thermistor, và các loại bán dẫn như diode và IC (LM35, LM335, LM45, …) Ngoài ra, còn có cảm biến đo nhiệt không tiếp xúc như hỏa kế và pyrometer sử dụng hồng ngoại hoặc laser Nguyên tắc hoạt động chung của các cảm biến này là hấp thu nhiệt độ từ môi trường và chuyển đổi thành tín hiệu điện, trong đó, “nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt độ cảm nhận của cảm biến” là hai yếu tố quan trọng.
Cảm biến nhiệt độ mà chúng ta sử dụng là cặp nhiệt điện (Thermocouples), một loại cảm biến phổ biến với khả năng đo nhiệt độ ở mức cao.
- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu
- Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV)
- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao
- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy không cao
- Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
Cặp nhiệt điện là thiết bị đo nhiệt độ gồm hai dây kim loại khác nhau được hàn dính ở đầu nóng (đầu đo) và đầu lạnh (đầu chuẩn) Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu, một sức điện động V sẽ được phát sinh tại đầu lạnh Để đảm bảo đo chính xác nhiệt độ ở đầu lạnh, chất liệu của cặp nhiệt điện rất quan trọng, dẫn đến sự ra đời của nhiều loại cặp nhiệt độ khác nhau như E, J, K, R, S, T, mỗi loại tạo ra sức điện động riêng biệt.
Hình 3-19 Cấu tạo cặp nhiệt điện
Dây của cặp nhiệt điện thường không đủ dài để kết nối đến bộ điều khiển, điều này có thể dẫn đến sự không chính xác trong đo lường Để khắc phục vấn đề này, cần thực hiện việc bù trừ (offset) trên bộ điều khiển.
3.3.2.2 Cảm biến tốc độ quay của động cơ
Cảm biến tốc độ đo tốc độ động cơ và nhiệt độ khí xả, giúp bộ xử lý trung tâm nắm bắt thông tin về trạng thái máy Dựa trên các thông số này, hệ thống có thể điều khiển vị trí tay ga của động cơ một cách hiệu quả.
Hiện nay, phương pháp đo tốc độ phổ biến nhất là sử dụng cảm biến quang, nhờ vào tính dễ sử dụng và lắp đặt trên động cơ Cảm biến này phát ra tín hiệu dạng xung vuông với tần số thay đổi theo tốc độ động cơ Các xung vuông này được gửi đến bộ vi xử lý để đếm trong khoảng thời gian nhất định, từ đó cho phép tính toán giá trị vận tốc của động cơ Phương pháp này còn được ứng dụng để ổn định và điều khiển tốc độ động cơ một cách hiệu quả.
Cảm biến tốc độ photointerrupter là một lựa chọn phổ biến cho việc đo tốc độ quay Loại cảm biến này hoạt động đáng tin cậy và dễ dàng tích hợp vào ứng dụng vi xử lý, giúp chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số một cách hiệu quả.
