Nghiên cứu phát triển hệ thống hil (hardware in the loop) thủy lực trong mô phỏng chuyển động

I H C QU C GIA TP. HCM
TR

NG

I H C BÁCH KHOA

NG HU NH NGH A

NGHIÊN C U PHÁT TRI N H TH NG HIL (HARDWARE
- IN THE - LOOP) TH Y L C TRONG MÔ PH NG
CHUY N

NG

STUDY AND DEVELOP HYDRAULIC HIL (HARDWARE –
IN THE – LOOP) SYSTEM IN MOTION SIMULATION

Chuyên ngành: K thu t C Khí
Mã s : 8520103

LU N V N TH C S

TP. H CHÍ MINH, tháng 1 n m 2022


Cơng trình đ
Cán b h

c hồn thành t i: Tr

ng

i h c Bách Khoa HQG-HCM

ng d n khoa h c: TS. H TRI T H NG.

Cán b ch m nh n xét 1: PGS.TS. L U THANH TÙNG.
Cán b ch m nh n xét 2: PGS.TS. LÊ TH TRUY N.

Lu n v n th c s đ

c b o v t i Tr

ng đ i h c Bách Khoa, HQG

Tp. HCM ngày 15 tháng 01 n m 2022

Thành ph n H i đ ng đánh giá lu n v n th c s g m:
1. PGS.TS. TR N ANH S N

– Ch t ch h i đ ng.

2. TS. BÀNH QU C NGUYÊN

– Th ký.

3. PGS.TS. L U THANH TÙNG – Ph n bi n 1.
4. PGS.TS. LÊ TH TRUY N

– Ph n bi n 2.

5. PGS.TS. PH M S N MINH

– y viên.

Xác nh n c a Ch t ch H i đ ng đánh giá LV và Tr
chuyên ngành sau khi lu n v n đã đ

CH T CH H I

NG

PGS.TS. TR N ANH S N

ng Khoa qu n lý

c s a ch a (n u có).

TR

NG KHOA C

KHÍ


i

I H C QU C GIA TP. HCM
TR

NG

C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM

I H C BÁCH KHOA

c l p – T do – H nh phúc

NHI M V LU N V N TH C S
H và tên h c viên:

NG HU NH NGH A

MSHV: 1870045

Ngày, tháng, n m sinh: 15/03/1995

N i sinh: Cam Ranh, Khánh Hịa

Chun ngành: K Thu t C Khí

Mã s : 8520103

I. TÊN

TÀI:

Nghiên c u phát tri n h th ng HIL (Hardware - In the - Loop) th y l c trong mô
ph ng chuy n đ ng.
Study and develop hydraulic HIL (Hardware – In the – Loop) system in motion

simulation.
NHI M V VÀ N I DUNG:
- Tìm hi u t ng quan v HIL dùng h th ng truy n đ ng th y l c.
- Phân tích đ ng h c thu n và ngh ch c a h th ng HIL k t c u song song 6 b c t
do.
- Mơ hình h th ng HIL k t c u song song 6 b c t do.
- Thi t k h th ng đi u khi n m tr

t thích nghi cho c c u.

- Mơ ph ng và đánh giá k t qu mô ph ng h th ng HIL k t c u song song 6 b c t
do v i h th ng đi u khi n m tr

t thích nghi.

II. NGÀY GIAO NHI M V : 22/02/2021.
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 12/12/2021.
IV.CÁN B

H

NG D N: TS. H TRI T H NG.


ii

Tp. HCM, ngày … tháng … n m 202..
CÁN B

H

NG D N

CH NHI M B

TR

NG KHOA C

KHÍ

MƠN ÀO T O


iii

L IC M
Tr

N

c tiên tôi xin g i l i c m n chân thành nh t đ n TS. H Tri t H ng ng

t n tâm h

ng d n và t o đ ng l c cho tôi trong su t quá trình th c hi n lu n v n.

C m n các th y cô khoa C Khí nói riêng và các th y cơ tr
Khoa –

i đã

ng đ i h c Bách

HQG Tp. H Chí Minh nói chung đã ln vui v ch d n và t o nh ng

đi u ki n thu n l i nh t đ tơi có th hồn thành đ tài lu n v n c a mình.
C m n gia đình và b n bè ln là ch d a v ng ch c nh t và là đ ng l c đ tôi
ph n đ u m i ngày.
Tuy đã có nhi u c g ng nh ng không th tránh kh i nh ng thi u sót trong q
trình trình bày lu n v n, r t mong nh n đ

c s góp ý chân thành t quý th y cô và

các đ ng nghi p. Trân tr ng c m n!

TP.HCM, ngày 12 tháng 12 n m 2021
H c viên th c hi n

ng Hu nh Ngh a


iv

TĨM T T LU N V N TH C S
Mơ ph ng HIL (Hardware – In the – Loop) là m t công ngh m i đ y ti m n ng.
H th ng HIL giúp cung c p đ n nhà thi t k m t ph ng đoán tr c quan v kh
n ng đáp ng c a s n ph m c ng nh nh ng nh h

ng b t l i c a môi tr

ng

trong quá trình v n hành, t đó đ a ra nh ng s a ch a, nâng c p k p th i.
Nghiên c u này s th c hi n tìm hi u t ng quan v h th ng HIL th y l c, đ ng
th i đ xu t ng d ng b truy n đ ng đi n th y l c (EHA – Electro-Hydrostatic
Actuator) giúp ti t ki m n ng l

ng cho h th ng. Song song v i đó, nghiên c u

c ng th c hi n đánh giá và thi t k b đi u khi n m tr

t thích nghi đ đ m b o

đ chính xác c a h th ng khi v n hành.

ABSTRACT
HIL (Hardware – In the – Loop) is a promisingly new technology. HIL provides the
designers with practical predictions about future product performance as well as
potentially unfavourable effects from operating environment. So that, the designer
can take troubleshooting and improvement timely.
This study will perform a general research about hydraulic HIL system as well as
propose an EHA (Electro-Hydrostatic Actuator) application to help the system save
its energy. In parallel, the study also evaluates and designs the adaptive fuzzy
sliding mode controller for HIL system to ensure system accuracy in opertation.


v

L I CAM OAN C A TÁC GI

Tôi xin cam đoan đ tài “Nghiên c u phát tri n h th ng HIL (Hardware - In the Loop) th y l c trong mô ph ng chuy n đ ng” là cơng trình nghiên c u c a tơi. Các
n i dung nghiên c u và k t qu đ
tham kh o đ

c trình bày là hồn tồn trung th c. Các tài li u

c trích d n rõ ràng. Tơi xin ch u hồn tồn trách nhi m n u nh ng

đi u trên là sai s th t.

TP.HCM, ngày 12 tháng 12 n m 2021
H c viên th c hi n

ng Hu nh Ngh a


vi

M CL C

NHI M V LU N V N TH C S ........................................................................... i
L I C M N ........................................................................................................... iii
TÓM T T LU N V N TH C S ........................................................................... iv
ABSTRACT .............................................................................................................. iv
L I CAM OAN C A TÁC GI .............................................................................v
DANH M C HÌNH NH ...................................................................................... viii
DANH M C B NG BI U ........................................................................................x
DANH SÁCH CÁC T
Ch

VI T T T ......................................................................... xi

ng 1. T NG QUAN ...........................................................................................1

1.1. Gi i thi u chung v h th ng Hardware – In the – Loop (HIL) th y l c và
thu t toán đi u khi n m tr t thích nghi ...............................................................1
1.1.1. H th ng Hardware – In the – Loop (HIL) th y l c .................................1
1.1.2. Thu t toán đi u khi n m tr t thích nghi (AFSMC - Adaptive Fuzzy
Sliding Mode Control) ........................................................................................2
1.1.3. M t s h th ng HIL mô ph ng chuy n đ ng n i b t hi n nay ...............2
1.2.

it

ng và m c tiêu nghiên c u ................................................................5

1.2.1.
1.2.2.

it

ng nghiên c u ..........................................................................5

M c tiêu nghiên c u ............................................................................6

1.3. Ph m vi nghiên c u .......................................................................................6
Ch

ng 2. K T C U C KHÍ C A H TH NG HIL TH Y L C .......................7

2.1. Khái quát k t c u c khí c a h th ng...........................................................7
2.2. Các thành ph n c khí chính c a h th ng ....................................................7
2.2.1. B m /

ng c servo ................................................................................7

2.2.2. Xy lanh th y l c ........................................................................................9
2.2.3. Kh p n i ..................................................................................................10
Ch

ng 3. PHÂN TÍCH

NG H C......................................................................12

3.1. Phân tích b c t do c a h th ng .................................................................12
3.2. Bài toán đ ng h c ngh ch ............................................................................13
3.3. Bài toán đ ng h c thu n ..............................................................................16


vii

Ch ng 4. MƠ HÌNH HĨA CÁC THÀNH PH N CHÍNH C A H TH NG HIL
TH Y L C...............................................................................................................19
4.1. Mơ hình hóa b m / đ ng c th y l c ..........................................................19
4.1.1. Ch đ b m .............................................................................................19
4.1.2. Ch đ đ ng c .......................................................................................20
4.2. Mơ hình hóa b truy n đ ng chung .............................................................20
Ch

ng 5. THI T K H TH NG I U KHI N .................................................23

5.1. Thi t k b đi u khi n cho 1 xy lanh ..........................................................23
5.1.1. C s lý thuy t ........................................................................................23
5.1.2. K t qu mô ph ng b đi u khi n cho 1 xy lanh .....................................31
5.2. Thi t k b đi u khi n cho 6 xy lanh ..........................................................37
5.2.1. C s lý thuy t ........................................................................................37
5.2.2. K t qu mô ph ng b đi u khi n cho 6 xy lanh .....................................40
TÀI LI U THAM KH O .........................................................................................46
PH L C ..................................................................................................................50


viii

DANH M C HÌNH NH
Hình 1.1. Mơ hình HIL c a hãng Toyota ....................................................................3
Hình 1.2. Mơ hình HIL VR5 c a hãng Exsim ............................................................4
Hình 1.3. Mơ hình HIL mơ ph ng chuy n đ ng c a hãng Olsen ...............................5
Hình 2.1. Khái quát k t c u c khí c a mơ hình HIL hexapod ..................................7
Hình 2.2.

ng c servo AC và c u t o c b n c a nó ..............................................8

Hình 2.3. C u trúc c a m t xy lanh th y l c ..............................................................9
Hình 2.4. Kh p n i các đ ng.....................................................................................10
Hình 2.5. Kh p n i c u .............................................................................................11
Hình 3.1. S đ khái quát các chi ti t đ ng h c c a h th ng ..................................12
Hình 3.2. Chuy n đ ng t nh ti n và chuy n đ ng góc c a h th ng ........................13
Hình 3.3. S đ khái quát các liên k t c a k t c u hexapod .....................................14
Hình 3.4. V trí các kh p n i trên đ c đ nh (a) và n n t i d ch chuy n (b) ...........14
Hình 4.1. S đ chung c a c c u truy n đ ng đi n th y l c EHA .........................21

Hình 5.1. S đ kh i c a b đi u khi n m tr

t thích nghi [23] ............................23

Hình 5.2. Các bi n ngơn ng ngõ vào s ....................................................................27

Hình 5.3. Các bi n ngơn ng ngõ ra u

..................................................................28

Hình 5.4. Mơ hình o c a c c u truy n đ ng đi n - th y l c xây d ng b ng
Amesim .....................................................................................................................32
Hình 5.5. S đ t ng quát c a h th ng đi u khi n ..................................................33
Hình 5.6. Ph n h i đa b

c c a h th ng v i b đi u khi n m tr

t thích nghi ....34

Hình 5.7. Sai s v trí c a h th ng theo th i gian ....................................................34
Hình 5.8. Áp su t theo th i gian t i c ng 1 (p
đi u khi n m tr

và c ng 2 (p

t thích nghi cho ph n h i đa b

c a xy lanh v i b

c ..............................................34

Hình 5.9. Giá tr l c t i theo th i gian ......................................................................35
Hình 5.10. So sánh gi a giá tr v trí th c t c a t i và tham chi u ..........................36
Hình 5.11. Sai s gi a v trí th c t và tham chi u ...................................................36
Hình 5.12. Tr ng thái áp su t c a hai c ng xy lanh ..................................................36


ix

Hình 5.13. S thay đ i c a tham s m ....................................................................37
Hình 5.14. Qu đ o mơ ph ng thu đ

c v i b đi u khi n m tr

t thích nghi .....41

Hình 5.15. Qu đ o mơ ph ng thu đ

c theo 3 tr c x (surge), y (sway), z (heave) và

3 góc roll, pitch, yaw .................................................................................................42
Hình 5.16. Tín hi u đi u khi n đ u vào t i m i tr c truy n đ ng ............................44


x

DANH M C B NG BI U

B ng 5.1. Thông s thi t l p c a EHA .....................................................................31
B ng 5.2. Giá tr các thông s c a b truy n đ ng HIL hexapod .............................40

xi

DANH SÁCH CÁC T

HIL: Hardware - in the – loop
EHA: Electro-hydrostatic actuator
AFSMC: Adaptive fuzzy sliding mode control
NS: Negative small
NM: Negative medium
NB: Negative big
Z: Zero
PS: Positive small
PM: Positive medium
PB: Positive big

VI T T T


1

Ch

ng 1. T NG QUAN

1.1. Gi i thi u chung v h th ng Hardware – In the – Loop (HIL) th y l c và
thu t toán đi u khi n m tr

t thích nghi

1.1.1. H th ng Hardware – In the – Loop (HIL) th y l c
Trong th i đ i công nghi p 4.0 hi n nay, s l

ng các s n ph m, công ngh

m i ra đ i ngày càng nhanh đòi h i công tác ki m tra, th nghi m c ng ph i phát
tri n v i trình đ t

ng ng.

c bi t đ i v i nh ng ngành yêu c u tính an tồn cao,

chi phí s n xu t l n nh hàng không v tr , hàng h i, ch t o ô tô, giai đo n mô
ph ng th nghi m càng tr nên quan tr ng. Mô ph ng v i đ trung th c càng cao
càng giúp con ng

i đánh giá chính xác kh n ng đáp ng c a thi t k , s n ph m

trong quá trình v n hành.
Tuy nhiên, ph n l n mô ph ng đ
tr ng ki m nghi m tính tốn lý thuy t
các y u t nhi u, các t

c s d ng hi n nay là mô ph ng s ch chú
đi u ki n lý t

ng tác b t l i c a môi tr

ng mà không cân nh c đ n

ng v n hành d n đ n nh ng

h ng hóc nghiêm tr ng cho s n ph m khi ch y th c nghi m.
kh c ph c h n ch nói trên, cơng ngh mơ ph ng Hardware - In the – Loop
(HIL) đã đ

c ra đ i. HIL là ph

ng pháp mô ph ng th i gian th c s d ng ph n

c ng đ mô ph ng vịng đi u khi n. Mơ ph ng HIL cho th y đáp ng c a b đi u
khi n trong th i gian th c, v i các kích thích o th c t , cung c p cái nhìn t ng
quan v nh ng r i ro ti m tàng có th m c ph i, t đó giúp nhà thi t k hồn thi n,
kh c ph c s n ph m tr

c khi cho v n hành.

Ph n l n HIL hi n nay đ
có kh n ng t i l n, đáp ng đ

c v n hành b ng n ng l
c nhi u đ i t

đó là m t k t c u tinh g n và linh ho t.

ng mô ph ng khác nhau đi kèm v i

t i u hi u qu c a n ng l

trên h th ng HIL, nhi u gi i pháp đi u khi n đã đ

HIL th

ng th y l c giúp h th ng
ng th y l c

c đ a ra. H u h t các s n ph m

ng m i l a ch n đi u khi n b ng van servo vì k t c u g n nh và đ chính

xác cao. Tuy nhiên trong lu n án này, tơi đ xu t m t gi i pháp đi u khi n khác, đó


2
là h th ng truy n đ ng đi n th y l c (EHA – Electro-Hydrostatic Actuator).

c

đi m chính c a EHA là kh n ng bi n đ i t c đ cao c a đ ng c đi n thành t i l c
l n cho xy lanh. Ngoài ra, EHA c ng là m t gi i pháp hi u qu đ ti t ki m n ng
l

ng cho h th ng. N m 2017, Chen và các c ng s [1] đã thành công trong vi c

xây d ng m t h th ng tái t o n ng l

ng cho c n máy xúc th y l c s d ng m ch

vịng kín EHA, k t qu là đã c i thi n hi u su t làm vi c c a h th ng t 60% lên
68,2%.

th i đi m hi n t i, EHA đang đ

tri n thành m t s n ph m th

c nghiên c u, ng d ng r ng rãi và phát

ng m i.

1.1.2. Thu t toán đi u khi n m tr

t thích nghi (AFSMC - Adaptive Fuzzy

Sliding Mode Control)
Tuy mang nhi u đi m u vi t, EHA l i có các đ c tính phi tuy n và khơng n
đ nh [2]. Ngồi ra, khó có th xác đ nh đ

c mơ hình đ ng l c h c chính xác cho h

th ng này. V y nên đó s là m t thách th c l n n u ta mu n áp d ng các thu t toán
đi u khi n d ng mơ hình chính xác cho EHA. Nhi u gi i pháp thay th dã đ
nh c. M t trong s chúng là thu t toán đi u khi n m tr
h p các u đi m t đi u khi n ch đ tr
tr

t thích nghi là m t ph

h n ch hi n t

c cân

t thích nghi [3]. V n k t

t và đi u khi n logic m , đi u khi n m

ng pháp đi u khi n b n v ng cho h phi tuy n, giúp

ng rung l c (chattering) c a k t c u c khí [4] nh vào kh n ng

m hóa các tín hi u đi u khi n đ u vào và quan tr ng là không yêu c u ph i n m
đ

c chính xác mơ hình tốn h c c a đ i t

ng đ

c đi u khi n, qua đó cho phép

ti p c n thi t k h th ng đi u khi n m t cách tr c quan [5].
1.1.3. M t s h th ng HIL mô ph ng chuy n đ ng n i b t hi n nay
HIL là m t công ngh m i đ y ti m n ng, đ c bi t thích h p đ

ng d ng

trong m ng mô ph ng chuy n đ ng v n là c t lõi c a nhi u ngành công nghi p
tr ng đi m hi n nay nh s n xu t ô tô, hàng không v tr , đóng tàu.... [6]
Các h th ng HIL dùng trong mô ph ng chuy n đ ng r t đa d ng v ch ng
lo i, kích th

c nh ng ph bi n nh t v n là mơ hình hexapod v i chân đ c đ nh

liên k t v i m t t m n n d ch chuy n thông qua 6 tr c truy n đ ng song song.


3
M t s s n ph m HIL mô ph ng chuy n đ ng n i b t trên th tr

ng hi n nay

có th k đ n nh sau:
1.1.3.1. Mơ hình HIL c a hãng xe Toyota [7]

Hình 1.1. Mơ hình HIL c a hãng Toyota
u đi m: H th ng mô ph ng bu ng lái ô tơ hình mái vịm có kh n ng mơ
ph ng linh ho t v i t i tr ng mô ph ng t i đa lên đ n 78 t n, ph m vi mô ph ng
19x41m.
Nh
th

c đi m: H th ng c c kì ph c t p, c n di n tích l p đ t l n nên khó có

ng d ng đ i trà, chi phí ch t o r t t n kém.

1.1.3.2. Mơ hình HIL VR5 c a hãng Exsim [8]


4

Hình 1.2. Mơ hình HIL VR5 c a hãng Exsim
u đi m: Mơ hình có k t c u đ n gi n, chi phí s n xu t th p v i c ch đ ng
c b

c d n đ ng tr c vít.
Nh

c đi m: H th ng ch g m 4 tr c d n đ ng nên b h n ch v s chuy n

đ ng có th mơ ph ng. C ng vì th mà k t qu ki m nghi m, đánh giá trên mơ hình
khơng th hi n đ y đ tính khách quan.
1.1.3.3. Mơ hình HIL c a hãng Olsen [9]


5

Hình 1.3. Mơ hình HIL mơ ph ng chuy n đ ng c a hãng Olsen
u đi m: Mơ hình có k t c u đ n gi n, h th ng 6 tr c d n đ ng có kh n ng
mô ph ng linh ho t h u h t s chuy n đ ng c a v t th .
c đi m: Mơ hình s d ng c c u truy n đ ng vít me đ ng c b

Nh

c nên

hi u su t truy n đ ng ch a cao và s không phù h p n u c n ng d ng mô ph ng
cho các v t th có kh i l
1.2.

it

1.2.1.

it

ng l n.

ng và m c tiêu nghiên c u
ng nghiên c u

T đánh giá u, nh

c đi m c a các s n ph m HIL đã gi i thi u

trên, tôi

nh n th y mơ hình HIL v i k t c u 6 tr c truy n đ ng song song (hexapod) là c u
trúc t i u nh t giúp th hi n linh ho t các kh n ng chuy n đ ng c a v t th . Bên
c nh đó vi c k t h p v i b truy n th y l c đ m b o cho h th ng có kh n ng th c
hi n mô ph ng v i t i l n, qua đó có th

ng d ng linh ho t lên nhi u đôi t

ph ng khác nhau. V y nên lu n án s t p trung vào nghiên c u đ i t
th ng HIL th y l c k t c u song song hexapod.

ng mô
ng là h


6
1.2.2. M c tiêu nghiên c u
Tìm hi u t ng quan v HIL dùng h th ng truy n đ ng th y l c.

Phân tích đ ng h c thu n và ngh ch c a h th ng HIL k t c u song song 6 b c
t do.
Mơ hình h th ng HIL k t c u song song 6 b c t do.
Thi t k h th ng đi u khi n m tr

t thích nghi cho c c u.

Mô ph ng và đánh giá k t qu mô ph ng h th ng HIL k t c u song song 6
b c t do v i h th ng đi u khi n m tr

t thích nghi.

1.3. Ph m vi nghiên c u
Lu n án s t p trung vào mô ph ng đ ng l c h c và b đi u khi n c a h
th ng HIL k t c u song song 6 b c t do.


7

Ch

ng 2. K T C U C

KHÍ C A H TH NG HIL TH Y L C

2.1. Khái quát k t c u c khí c a h th ng

Hình 2.1. Khái quát k t c u c khí c a mơ hình HIL hexapod
K t c u c khí c a mơ hình HIL hexapod th y l c g m ph n đ c đ nh và
ph n n n t i di chuy n nh vào s thay đ i đ dài c a 6 xy lanh truy n đ ng g n

song song đ

c đi u khi n b i m t b m servo hai chi u thơng qua m ch th y l c

vịng kín EHA.
2.2. Các thành ph n c khí chính c a h th ng
2.2.1. B m /

ng c servo

B m servo

đây là lo i b m s d ng đ ng c servo AC [10]. H th ng b m

servo đi u khi n vịng kín có kh n ng đáp ng nhanh v l u l
đ chính xác r t cao.

ng c servo AC c a b m c ng đ

ph n c b n c a m t đ ng c đi n hình:

ng và áp su t v i

c c u t o t hai thành


8
Stator: ph n quay s d ng nh ng nam châm v nh c u có l c hút r t l n b c
quanh tr c.
Rotor: ph n t nh là t p h p nh ng vòng dây đ

c g n c đ nh trên l p v .

i m khác bi t so v i đ ng c truy n th ng là đ ng c servo AC có thêm m t
linh ki n quan tr ng đ

c g i là encoder – b mã hóa. Thành ph n này đ m nh n

nhi m v ghi nh n - chuy n đ i tín hi u quay c a rotor thành các d ng tín hi u khác
ph c v cho vi c giám sát và đi u khi n.

Hình 2.2.

ng c servo AC và c u t o c b n c a nó

Nguyên lý ho t đ ng c a đ ng c servo
T

ng t nh đ ng c đi n, khi có dịng đi n c p vào s sinh ra hi n t

c m ng đi n t do tác đ ng c a t tr

ng

ng bên trong các vòng dây và c a nam

châm v nh c u. T đó t o ra l c đi n t làm quay rotor.
T c đ , v trí, tr ng thái ho t đ ng tr

c và trong quá trình ho t đ ng đ

c

Encoder ghi nh n, x lý và g i đ n m ch đi u khi n. B ph n này có ch c n ng
thi t l p ph

ng th c đi u khi n, đi u ch nh nh ng sai l ch b ng cách thay đ i

nh ng y u t đã đ c p
mong mu n c a ng
u và nh

trên đ đ m b o đ ng c servo ho t đ ng chính xác theo

i s d ng.

c đi m c a đ ng c servo AC


9
u đi m: đ chính xác r t cao, v n hành êm ái nh quán tính th p, ch u đ

c

dịng đi n l n nên thích h p ng d ng trong công nghi p.
Nh
b

c đi m: Tuy có nhi u đi m u vi t, đ ng c Servo AC l i yêu c u các

c đi u khi n khá ph c t p.

2.2.2. Xy lanh th y l c
Xy lanh th y l c [11] là thi t b ch p hành quan tr ng trong h th ng th y l c.
C th , thi t b này đ

c s d ng đ chuy n đ i ngu n n ng l

l ng th y l c thành đ ng n ng đ t o ra t i l c

ng c a d u, ch t

đ u c n, tác đ ng nh m th c hi n

nh ng nhi m v nh : kéo, đ y, ép, nén, nghi n, ....
Các xy lanh th y l c đ

c s d ng trong h th ng là lo i xy lanh hai chi u

bao g m các b ph n chính nh sau:
Qu piston: là chi ti t quan tr ng nh t trong h th ng, nó làm nhi m v phân
tách các vùng áp l c bên trong h th ng xy lanh. S khác bi t v áp su t c a hai bên
thân piston s làm ng giãn ra và co l i.
ng xy lanh: là b ph n có hình tr trịn li n m ch hay cịn g i là thùng xy
lanh. Ch c n ng chính c a nó là ch a d u th y l c và gi áp su t cho xy lanh.

Hình 2.3. C u trúc c a m t xy lanh th y l c


10

C n piston: Thông th

ng, c n piston đ

c làm t thép ho c m crom đ đ m

b o đ c ng và ch ng n mòn t t nh t. Chi ti t này đóng vai trị là b ph n truy n
t i l c tr c ti p t piston đ n c c u ch p hành. Chúng đ

c đánh bóng, nh n m n

và có các vịng đ m đính kèm nh m ng n ng a rị r d u.
Ngồi nh ng b ph n chính k trên thì xy lanh th y l c còn đ

c c u thành t

nh ng b ph n khác nh : bu lơng, vít khóa, b c đ n, bích, .... T t c nh ng chi ti t
này đ u đ

c l p đ t và k t n i ch t ch v i nhau t o thành h th ng hoàn ch nh.

2.2.3. Kh p n i
2.2.3.1. Kh p n i các đ ng
Kh p các đ ng [12] th

ng đ

c dùng đ n i các tr c có s sai l ch tâm, sai

s ch t o và l p đ t. Bên c nh đó, kh p n i c ng đ m nhi m vai trò truy n momen
gi a các c m truy n l c đ t cách xa nhau mà trong quá trình ho t đ ng kho ng
cách, v trí c a chúng ln có s thay đ i. Kh p n i tr c cardan đ

cl p

v trí

trung gian gi a tr c ch đ ng và tr c b đ ng.

Hình 2.4. Kh p n i các đ ng
Trong k t c u HIL hexapod, kh p n i các đ ng đ
truy n đ ng v i chân đ c đ nh.
M t s đi m u vi t c a kh p các đ ng:

c dùng đ n i ng xy lanh


11
- Cho phép truy n momen xo n m t cách tr n tru và ít ti ng đ ng.
- a d ng v m u mã, kích th

c, cho phép đ l ch góc l n nh t lên đ n 45 đ

giúp đáp ng linh ho t các yêu c u s d ng c a t ng lo i máy móc, thi t b .
- Kh n ng ch ng rung t t.
- Ch u va đ p hi u qu .
2.2.3.2. Kh p n i c u

Hình 2.5. Kh p n i c u

Trong k t c u HIL hexapod, kh p n i c u [13] đ m nh n nhi m v k t n i c n
piston c a xy lanh truy n đ ng và ph n n n t i d ch chuy n. M t kh p c u cho phép
m t trong hai chi ti t đ
l it

ng đ

c ghép n i th c hi n ba b c t do quay so v i chi ti t còn

ng v i vi c k t h p ba kh p b n l . Qua đó cung c p kh n ng d ch

chuy n linh ho t cho n n t i đ n v trí mong mu n khi có s thay đ i đ dài c a các
xy lanh theo tín hi u đi u khi n.


12
Ch

ng 3. PHÂN TÍCH

NG H C

3.1. Phân tích b c t do c a h th ng
H th ng HIL k t c u song song hexapod g m sáu b c t do và đ
minh b ng ph

c ch ng

ng trình b c t do t ng quát [14].

Ph n chân đ đ

c c đ nh trên m t đ t và đ

chuy n đ ng bên trên k t n i h th ng v i đ i t
xem là m t khâu. M i xy lanh truy n đ ng đ

c xác đ nh là m t khâu. N n t i
ng đ

c mô ph ng c ng đ

c

c k t n i v i chân đ và t m n n

thông qua m t kh p n i các đ ng và m t kh p c u. Kh p n i các đ ng cung c p hai
b c t do quay trong khi s b c t do quay cung c p b i kh p c u là ba. C u trúc
c a xy lanh g m c n piston và ph n ng k t n i v i nhau có th đ

c xem nh là

kh p t nh ti n v i m t b c t do. T đó ta xác đ nh t ng s b c t do c a h th ng
nh sau.

Hình 3.1. S đ khái quát các chi ti t đ ng h c c a h th ng [15]
T ng s khâu: