TIỂU LUẬN MÔN HỌC ENGINE CONTROL SYSTEM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.81 MB, 77 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TIỂU LUẬN MƠN HỌC
ENGINE CONTROL SYSTEM
GVHD:
THS. NGUYỄN TRUNG
HIẾU SVTH:
TP. Hồ Chí Minh, tháng năm 20
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TIỂU LUẬN MƠN HỌC
ENGINE CONTROL SYSTEM
GVHD:
THS. NGUYỄN TRUNG
HIẾU SVTH:
TP. Hồ Chí Minh, tháng năm 20
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Bộ môn Điện tử ô tô
PHIẾU NHẬN XÉT TIỂU LUẬN MÔN HỌC
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên:
MSSV:
Họ và tên sinh viên:
MSSV:
Họ và tên sinh viên:
MSSV:
Họ và tên sinh viên:
MSSV:
Họ và tên sinh viên:
Họ và tên sinh viên:
MSSV:
MSSV:
Tên đề tài: Engine Control System
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: THS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của TLMH (khơng đánh máy)
2.1. Kết cấu, cách thức trình bày TLMH:
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
2.2. Nội dung tiểu luận:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của tiểu luận, các hướng nghiên cứu có thể
tiếp tục phát triển)
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
2.3. Kết quả đạt được:
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
Đánh giá:
TT
1.
2.
Điểm tối
đa
Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu TLMH
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung TLMH
50
5
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của TLMH
10
Tổng điểm
100
3. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày tháng năm Giảng viên
hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Bộ môn Điện tử ô tô
PHIẾU NHẬN XÉT TIỂU LUẬN MÔN HỌC
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên:
MSSV:
Họ và tên sinh viên:
MSSV:
Họ và tên sinh viên:
MSSV:
Họ và tên sinh viên:
MSSV:
Họ và tên sinh viên:
MSSV:
Họ và tên sinh viên:
MSSV:
Tên đề tài: Engine Modelling
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) ............................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày TLMH:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2. Nội dung tiểu luận:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của tiểu luận, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của TLMH:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................…
6. Đánh giá:
TT
1.
2.
Điểm tối
đa
Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu TLMH
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung TLMH
50
5
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của TLMH
10
Tổng điểm
100
7. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày tháng năm 202
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến ThS. Nguyễn Trung Hiếu.
Trong quá trình học tập và tìm hiểu về mơn Hệ thống điều khiển tự động trên Ơ tơ, chúng
em đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn rất tận tình và tâm huyết của Thầy. Thầy đã
giúp chúng em tích lũy thêm nhiều kiến thức vơ cùng bổ ích để chúng em hiểu rõ hơn kết cấu,
hoạt và điều khiển các hệ thống tự động trên Ơ tơ.
Thơng qua bài tiểu luận này, chúng em xin trình bày lại những gì mà mình đã tìm hiểu về
đề tài Engine Control System. Có lẽ kiến thức là vơ hạn mà sự tiếp nhận kiến thức của bản
thân mỗi người luôn tồn tại những hạn chế nhất định. Do đó, trong q trình hồn thành bài
tiểu luận, chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được những
góp ý đến từ thầy và các bạn đọc để bài tiểu luận của chúng em được hồn thiện hơn.
Kính chúc thầy sức khỏe, hạnh phúc và thành công trên con đường sự nghiệp giảng dạy.
i
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................................................................i
MỤC LỤC..................................................................................................................................................................................ii
I.
KHÁI QUÁT VỀ PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK....................................................................................................3
II. TỔNG QUAN MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DÙNG VỊNG LẶP KÍN (ENGINE TIMING MODEL WITH
CLOSE-LOOP CONTROL)......................................................................................................................................................3
III. CÁC KHỐI TRONG MƠ HÌNH VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MỖI KHỐI............................................................................5
3.1.
Khối Controller............................................................................................................................................................5
3.2.
Khối kỳ nạp..................................................................................................................................................................9
3.2.1.
Lưu lượng khơng khí trên đường ống nạp (Throttle).........................................................................................10
3.2.2.
Lưu lượng khí nạp trên mỗi xy lanh...................................................................................................................11
3.3.
Khối kỳ nén................................................................................................................................................................12
3.4.
Khối kỳ cháy..............................................................................................................................................................14
3.5.
Tải động cơ................................................................................................................................................................16
3.6.
Khối Engine Dynamics..............................................................................................................................................18
3.7.
Khối đầu ra.................................................................................................................................................................19
IV. ĐỒ THỊ TRONG MÔ PHỎNG VÀ GIẢI THÍCH...........................................................................................................21
4.1.
Đồ thị tải động cơ.......................................................................................................................................................21
4.2.
Đồ thị tốc độ mong muốn..........................................................................................................................................21
4.3.
Đồ thị lưu lượng khơng khí trên đường ống nạp (khối kỳ nạp).................................................................................22
4.4.
Đồ thị lưu lượng khí nạp trên mỗi xy lanh.................................................................................................................23
4.5.
Đồ thị khối lượng khí nạp trong mỗi xy lanh.............................................................................................................24
4.6.
Đồ thị moment xoắn của động cơ..............................................................................................................................25
4.7.
Đồ thị kết hợp tốc độ mong muốn và tốc độ thực tế..................................................................................................26
4.8.
Đồ thị độ mở bướm ga...............................................................................................................................................27
V. THAY ĐỔI THÔNG SỐ ĐẦU VÀO VÀ NHẬN XÉT...................................................................................................28
5.1.
Thay đổi hàm đầu vào................................................................................................................................................28
5.2.
Thay đổi góc đánh lửa sớm........................................................................................................................................29
5.3.
Thay đổi tỉ lệ hịa khí.................................................................................................................................................30
5.4.
Thay đổi tải trọng xe..................................................................................................................................................31
VI. KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT...........................................................................................................................................32
VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................................................33
ii
I. Khái quát về phần mềm Matlab/Simulink
Matlab là một bộ phận phần mềm dùng để tính tốn các các bài tốn kỹ thuật, được
viết bằng ngơn ngữ C do hãng Math Works Inc sản xuất. Nó được tạo trên cơ sở những
phần mềm do nhà lập trình của dự án LINPACK và EISPACK viết ra bằng ngôn ngữ
Fortran dùng cho việc thực hiện các phép tính và thao tác trên ma trận.
Tên của phần mềm MATLAB là chữ viết tắt của ‘Matrix Laboratory’ có nghĩa là
‘phương pháp ma trận’. Đến khi thực hành sử dụng phần mềm ta sẽ thấy mỗi phần tử cơ
bản của Matlab là một ma trận. Phần mềm Matlab liên tục được bổ sung và hoàn thiện.
Các ứng dụng điển hình của Matlab:
- Tốn học và tính tốn.
- Phát triển thuật tốn.
- Tạo mơ hình, mơ phỏng và giao thức.
- Khảo sát, phân tích số liệu.
- Đồ họa khoa học kỹ thuật.
- Phát triển ứng dụng, gồm cả giao diện người dùng đồ họa GUI.
- Thiết kế các hệ thống điều khiển trong thời gian thực.
Simulink là một chương trình đi kèm với Matlab, là một hệ thống tương tác với việc
mô phỏng các hệ thống động học phi tuyến. Nó là một chương trình đồ họa sử dụng chuột
để thao tác cho phép mơ hình hóa một hệ thống bằng cách vẽ một sơ đồ khối trên màn
hình. Nó có thể làm việc với các hệ thống tuyến tính, phi tuyến, hệ thống liên tục theo
thời gian, hệ thống gián đoạn theo thời gian, hệ thống đa biến...
II. Tổng quan mơ hình điều khiển động cơ dùng vịng lặp kín (Engine Timing
Model With Close-Loop Control)
Mơ hình hóa động cơ thơng qua mơ phỏng bằng các sơ đồ khối và đồ thị. Bằng việc
mô phỏng chúng ta có thể tiến hành các thực nghiệm động cơ dưới dạng mơ hình hóa,
làm giảm bớt các sai xót khơng đáng có thay vì thực nghiệm trực tiếp. Tuy nhiên, đây là
những mơ phỏng mang tính giả thuyết, đơn giản, có thể khơng sát với thực tế nhưng vẫn
đáp ứng được những vấn đề cơ bản trên động cơ.
Ngày nay có nhiều phần mềm giúp việc mơ phỏng các hệ thống trên ô tô được dễ
dàng hơn, một trong số đó là phần mềm Mathlab/Simulink. Mơ hình hóa động cơ bằng
cách sử dụng Triggeres Subsystems:
- Mơ hình hóa động cơ đốt trong đánh lửa cưỡng bức 4 xi lanh từ bướm ga (đầu vào)
đến trục khuỷu (đầu ra).
3
- Sử dụng các nguyên tắc vật lý đã được xác định rõ ràng.
- Sử dụng các khả năng nâng cao của Simulink để mô phỏng chúng với thời gian và
độ chính xác cao.
- Dựa trên mơ hình kết quả được công bố bởi Crossley và Cook (1991).
Các thành phần giam gia vào việc mơ phỏng:
-
Bướm ga
-
Ống phân phối/cổ góp - khí nạp
-
Tỉ lệ lưu lượng khí nạp
-
Momen xoắn
-
PI Controller
Kì nạp
Kì sinh cơng (Kì cháy)
Điều khiển đầu ra
Đầu vào bướm ga thơng qua các khối kỳ nạp, kì sinh cơng (kì cháy) và PI Controller
để cho đầu ra là tốc độ động cơ, đây là vòng lặp mở (Open-loop). Với vịng lặp kín
(Close-loop) có thêm tín hiệu phản hồi (Feedback) để xác định sai số của tốc độ động cơ
thực tế so với tốc độ mong muốn.
Từ hàm đầu vào với tốc độ động cơ mà ta mong muốn, tín hiệu này truyền tới khối
Controller. Trước khối Controller cịn có tín hiệu của valve Timing và cịn có tín hiệu
feedback hồi về tốc độ động cơ thực tế. Sau đó từ khối controller sẽ cho ra tin hiệu góc
mở xu - páp tới khối kì nạp.
4
Khối kì nạp với tín hiệu lưu lượng khơng khí nạp vào trong mỗi xy lanh và truyền tới
khối kì nén.
Từ đây tín hiệu được tiếp tục gửi đến khối kì cháy cho ra tín hiệu mơmen xoắn của
động cơ. Kết hợp với tải của động cơ tới khối động lực học của động cơ ta sẽ tính được
tốc độ thực tế của động cơ.
III. Các khối trong mơ hình và hoạt động của mỗi khối
3.1. Khối Controller
Hình 3.1. Khối điều khiển (Controller)
Gồm 3 tín hiệu đầu vào
- Từ tốc độ động cơ thực tế hồi về.
- Valve timing (nhận tín hiệu vịng quay trục khuỷu, xác định thời điểm đóng mở
xupap).
- Speed Setpoint (tốc độ động cơ mong muốn).
5
Ta dùng hàm Step trong Simulink để mô phỏng tốc độ mong muốn (Speed Setpoint)
của động cơ với các thông số được cài đặt như sau. Sau đó dùng hàm Scope để truy xuất
đồ thị tốc độ mong muốn.
Hình 3.2 Thiết lập thông số Speed setpoint
6
7
3.1.1. Khối Controller Subsystem
Hình 3.3 Khối điều khiển
Hình 3.4 Khối Controller Subsystem
Đây là khối Controller Subsystem, từ hàm đầu vào với tốc độ động cơ mong muốn
(Speed setpoint) trừ cho tốc độ thực tế của động cơ từ tín hiệu phản hồi (feedback) hồi về
ta sẽ tính được sai số của tốc độ động cơ và sai số của tốc độ động cơ sẽ truyền tới bộ
điều khiển PI Controller sẻ tính tốn và đưa ra tín hiệu góc mở bướm ga.
3.1.2 Khối PI Controller
Là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển( bộ điều khiển) tổng quát được sử dụng
trong các hệ thống điều khiển. PI được sử dụng rộng rãi nhất.
Bằng cách điều chỉnh các hằng số bộ điều khiển có thể mơ tả dưới dạng đơ nhạy sai
số của bộ điều khiển. Giá trị mà bộ điều khiển overshooting điểm đặt và các giá trị dao
động của hệ thống.
• P (Proposional): là phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, giúp tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ
với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu.
• I (Integral): là tích phân của sai lệch theo thời gian lấy mẫu. Điều khiển tích phân là
phương pháp điều chỉnh để tạo ra các tín hiệu điều chỉnh sao cho độ sai lệch giảm về 0.
8
Từ đó cho ta biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy trong quá khứ. Khi
thời gian càng nhỏ thể hiện tác động điều chỉnh tích phân càng mạnh, tương ứng với độ
lệch càng nhỏ.
Hình 3.5 Khối PI Controller
Hình 3.6 Đồ thị của khối PI Controller
Từ hàm đầu vào Set point với tốc độ động cơ mong muốn trừ đi tín hiệu phản hồi
(feedback) từ tốc độ thực tế của động cơ ta có sai số và truyền vào lưu lượng tỷ lệ và lấy
tính phân. Sau khi cộng tích phân và lưu lượng tỷ lệ ta sẽ cho ra hàm điều khiển
controller.
Bộ PI Controller với mong muốn là cho sai số nhỏ nhất khi hoạt động.
9
3.2. Khối kỳ nạp
Đây là khối kỳ nạp của động cơ.
Hình 3.7 Khối kỳ nạp
Bên trong khối kỳ nạp:
Hình 3.8 Lưu lượng khí nạp
Khối kỳ nạp gồm 2 khối chính:
Khối lưu lượng khơng khí trên đường ống nạp (Throttle)
Khối lưu lượng khí nạp trên mỗi xy lanh (Intake Manifold)
3.2.1. Lưu lượng khơng khí trên đường ống nạp (Throttle)
10
Hình 3.9 Khối lưu lượng khơng khí trên đường ống nạp
Khối lưu lượng khí nạp trên đường ống nạp nhận tín hiệu từ :
Góc mở bướm ga
Áp suất khí nạp trên đường ống nạp
Áp suất khí quyển
Hình 3.10. Khối mơ phỏng tính tốn lưu lượng khí nạp
11
Từ các cơng thức thực nghiệm và tính tốn trong khối mơ phỏng được thiết lập từ
trước sẽ tính tốn và cho ra lưu lượng khí nạp.
Đồ thị trên biểu thị sự thay đổi lưu lượng khí nạp trên đường ống nạp theo thời gian
mô phỏng động cơ.
3.2.2 Lưu lượng khí nạp trên mỗi xy lanh
Hình 3.11. Khối lưu lượng khí nạp trên mỗi xy lanh
12
Nhận tín hiệu từ tốc độ động cơ và lưu lượng khí nạp trên đường ống nạp sẽ được
đưa vào khối mơ phỏng tính tốn. Sẽ tính tốn và điều chỉnh lượng khí nạp đưa vào mỗi
xy lanh theo điều kiện tín hiệu gửi vào.
Hình 3.12. Khối mơ phỏng tính tốn lưu lượng khí nạp mỗi xy lanh
13
Từ các cơng thức thực nghiệm và tính tốn trong các khối mơ phỏng được thiết lập từ
trước sẽ tính tốn và cho ra lưu lượng và khối lượng khí nạp trên mỗi xy lanh.
3.3. Khối kỳ nén
Đây là khối kỳ nén của động cơ:
Hình 3.13. Khối kỳ nén
Bên trong khối kỳ nén:
Hình 3.14 Khối mơ phỏng tính tốn khối lượng khí nạp mỗi xy lanh
Khối kỳ nén nhận tín hiệu trigger từ valve timing gửi đến (tín hiệu này dùng để đóng
xupap nạp), và tín hiệu khối lượng khí nạp từ khối kỳ nạp gửi đến, tại thời điểm này thì
14
