Tài liệu Nguyên cứu, xây đựng hệ truyền động bám điện thủy lực ứng dụng điều khiển lái tàu thủy

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TÔ VŨ THÀNH NGUYÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM ĐIỆN THỦY LỰC ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN LÁI TÀU THỦY LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2011 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TÔ VŨ THÀNH NGUYÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM ĐIỆN THỦY LỰC ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN LÁI TÀU THỦY Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 60 52 60 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THANH TIÊN Hà Nội - Năm 2011 3 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Cán bộ hướng dẫn chính: Thiếu tá. TS. Nguyễn Thanh Tiên Cán bộ chấm phản biện 1: ............................................................................... .......................................................................................................................... Cán bộ chấm phản biện 2: ............................................................................... .......................................................................................................................... Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Ngày ……Tháng …… NĂM 2011 4 HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG SAU ĐẠI HỌC ĐỘC LẬP – TỰ DO - HẠNH PHÚC Hà nội, ngày …… tháng …. Năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TÔ VŨ THÀNH Giới tính: Nam Ngày tháng năm sinh: 26 – 12 – 1971 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 60 52 60 I. TÊN ĐỀ TÀI: NGUYÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM ĐIỆN THỦY LỰC ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN LÁI TÀU THỦY. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Nghiên cứu, xây dựng hệ truyền động bám điện thủy lực ứng dụng điều khiển lái tàu thủy. Nội dung: Tổng hợp luật điều khiển bám sát góc bẻ lái tàu điện thủy lực, dùng phần mềm Matlab-Simulink mô phỏng hoạt động của nó. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 7 tháng 3 năm 2011. IV. NGÀY HÒAN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 18 tháng 8 năm 2011. V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Thiếu tá, TS. NGUYỄN THANH TIÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QL. CHUYÊN NGÀNH Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông Ngày qua. TRƯỞNG PHÒNG SĐH tháng năm 2011 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH 5 LỜI CẢM ƠN Sau sáu tháng nghiên cứu, làm việc khuẩn trương, được sự động viên giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Nguyễn Thanh Tiên, luận văn với đề tài “Nguyên cứu, xây dựng hệ truyền động bám điện thủy lực ứng dụng điều khiển lái tàu thủy” đã hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc: Thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Thanh Tiên đã chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Các thầy giáo, cô giáo thuộc khoa kỹ thuật điều khiển của Học viện Kỹ thuật Quân sự đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình nguyên cứu thực hiện luận văn. Ban giám hiệu trường Cao đẳng nghề số 8 đã tạo điều kiện cho việc học tập, nguyên cứu và tiến hành luận văn của tác giả. Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm, động viên. Tác giả luận văn Tô Vũ Thành 6 MỤC LỤC Trang Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN THỦY LỰC, HỆ THỐNG LÁI TÀU ĐIỆN THUỶ LỰC ........................................................... 3 1.1 Tổng quan về hệ thống truyền động điện thủy lực .................................... 3 1.2 Đặc điểm, yêu cầu kỹ thuật của hệ truyền động điện thủy lực .................. 7 1.2.1 Ưu điểm của hệ truyền động điện thủy lực .............................. 7 1.2.2 Nhược điểm của hệ truyền động điện thủy lực ........................ 8 1.2.3 Các yêu cầu kĩ thuật cơ bản của hệ truyền động điện thủy lực 8 1.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống truyền động điện thủy lực ứng dụng trong hệ thống lái tàu thủy ............................................................................... 9 1.3.1 Tổng quan về hệ thống .................................................................. 9 1.3.2 Các yêu cầu cơ bản đối với máy lái tàu thủy .............................. 12 1.3.3 Phân loại các hệ thống máy lái tàu thủy thường gặp ................... 15 1.3.4 Hệ thống lái tàu thủy điện – thủy lực. .......................................... 18 1.4 Giới thiệu về hệ thống lái tàu thủy điện – thủy lực điển hình .................. 21 1.4.1 Máy lái thủy lực KE-W40 ........................................................... 21 1.4.2 Các phần tử cơ bản của hệ thống bám điện thủy lực ................... 23 Kết luận chương 1 ........................................................................................... 24 Chương 2 BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG CỦA TÀU THỦY VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA NÓ .................................................................................... 26 2.1 Chức năng, những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống lái ............................ 26 2.2 Các yêu cầu đối với hệ thống lái tự động .................................................. 29 2.3 Các chế độ hoạt động của hệ thống lái ...................................................... 29 7 2.3.1 Chế độ lái tự động ........................................................................ 30 2.3.2 Chế độ lái lặp ............................................................................... 34 2.3.3 Chế độ lái đơn giản ...................................................................... 35 2.4 Xây dựng mô hình toán học của bài toán điều khiển hướng tàu .............. 41 2.4.1 Các hệ tọa độ cho tàu thủy và chuyển động của tàu .................... 41 2.4.2 Mô hình Nomoto bậc nhất ........................................................... 45 2.4.3 Mô hình Nomoto bậc hai ............................................................. 46 Kết luận chương 2 ........................................................................................... 49 Chương 3 TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN LÁI TÀU KHI BỎ QUA ĐỘNG HỌC CỦA MÁY LÁI THỦY LỰC .................................................................................. 50 3.1 Giới thiệu Backstepping - Sliding Mode .................................................. 51 3.1.1 Tính ổn định Lyapunov, hàm điều khiển Lyapunov .................... 51 3.1.2 Phương pháp thiết kế Backstepping ............................................. 54 3.1.3 Phương pháp thiết kế Backstepping - Sliding Mode ................... 60 3.2 Bài toán quan sát, cung cấp thông tin tạo luật điều khiển ........................ 63 3.3 Tổng hợp điều khiển hướng tàu sử dụng phương pháp Backstepping ..... 65 Kết luận chương 3 ........................................................................................... 68 Chương 4 TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN BÁM SÁT GÓC BẺ LÁI TÀU ĐIỆN THỦY LỰC ................................................................................................................. 69 4.1. Đặt vấn đề xây dựng bài toán ................................................................... 69 4.2. Tổng hợp điện áp điều khiển tác động lên van tỷ lệ trong bài toán bám sát góc bẻ lái ......................................................................................................... 73 4.3. Xây dựng mô hình mô phỏng .................................................................. 80 Kết luận chương 4 ........................................................................................... 83 8 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận ................................................................................................. 84 2. Kiến nghị .............................................................................................. 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 85 PHỤ LỤC ................................................................................................. DANH MỤC CÁC BẢNG trang Bảng 2.1 Định nghĩa các chuyển động của phương tiện trên biển (SNAME, 1950)................................................................................................................. 42 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ trang Hình 1.1 Sơ đồ chức năng cơ bản của một hệ truyền động điện thủy lực ........ 6 Hình 1.2 Sơ đồ chức năng hệ truyền động điện thủy lực .................................. 6 Hình 1.3 Cấu tạo cơ bản của hệ thống lái ...................................................... 11 Hình 1.4 Sơ đồ phân loại các hệ thống thiết bị lái .......................................... 12 Hình 1.5 Sơ đồ phân loại truyền động lái ..................................................... 16 Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống thủy lực đơn giản .................................................. 20 Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống thuỷ lực của máy lái KE-W40 ............................... 22 Hình 1.8 Sơ đồ khối chức năng các phần tử cơ bản của hệ thống điện thủy lực .......................................................................................................................... 23 Hình 2.1 Mô hình điều khiển hướng chuyển động của tàu thủy...................... 25 Hình 2.2 Mô hình hệ thống lái tự động của tàu thủy ...................................... 26 Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc đầy đủ của hệ thống lái tự động ................................ 31 Hình 2.4 Sơ đồ khối cơ bản của chế độ lái lặp ............................................... 34 Hình 2.5 Sơ đồ khối tạo ra tín hiệu độ lệch hướng đi của tàu thủy ................ 39 Hình 2.6 Sơ đồ khối tạo ra tín hiệu phản hồi góc lái ....................................... 40 9 Hình 2.7 Sơ đồ khối tạo ra các khâu vi phân ................................................... 40 Hình 2.8 Sơ đồ khối tạo khâu tích phân dùng máy điện đặc biệt .................... 41 Hình 2.9 Mạch tạo khâu tích phân dùng Op-am ............................................. 41 Hình 2.10 Các hệ trục tọa độ cho tàu biển (tàu nổi mặt nước) ........................ 43 Hình 2.11 Chuyển động của tàu trong mặt phẳng nằm ngang ........................ 45 Hình 2.12 Sơ đồ khối của tàu thủy (máy lái + tàu + nhiễu)............................. 46 Hình 2.13 Sơ đồ khối hệ thống lái tự động ...................................................... 49 Hình 3.1 Mô hình điều khiển bám sát quỹ đạo của tàu thủy ........................... 50 Hình 3.2 Mô hình hệ bậc 2 ............................................................................. 56 Hình 3.3 Thực hiện bước 1 .............................................................................. 56 Hình 3.4 Kết quả cuối cùng ............................................................................. 57 Hình 4.1 Mô hình hệ thống điều khiển góc bẻ lái điện thủy lực .................... 70 Hình 4.2 Đồ thị hàm arctang(  x) ................................................................... 76 Hình 4.3 Sơ đồ mô phỏng trong Simulink cho hệ thống ................................ 81 Hình 4.4 Góc quay yêu cầu và góc quay đầu ra .............................................. 82 Hình 4.5 Điện áp điều khiển đưa vào van tỷ lệ ............................................... 82 10 MỞ ĐẦU Hệ thống truyền động điện thủy lực có những ưu điểm: tính tác động nhanh cao, khả năng phát huy công suất lớn so với tỷ trong không lượng của thiết bị, có thể làm việc trong chế độ thụ động mất nguồn điện … Tuy nhiên nó có cấu trúc cơ khí phức tạp, các phần tử trong hệ thống có tính phi tuyến mạnh vì vậy việc điều khiển sẽ gặp nhiều khó khăn hơn. Bài toán tổng hợp hệ thống truyền động bám sát điện thủy lực đã được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm và đã có các kết quả nhất định. Trong những năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của một số ngành như điện tử công suất, vi xử lý… nhiều phương pháp điều khiển mới ra đời và thu được hiệu quả rõ rệt trong nâng cao tính chính xác cho các hệ thống điều khiển. Chính vì vậy các hệ thống truyền động bám sát điện thủy lực phát triển và có các ứng dụng rộng rãi trong các hệ truyền động chất lượng cao. Đặc biệt là trong các hệ truyền động bám điều khiển vị trí trên các phương tiện hoạt động độc lập trên không, trên biển các nhà thiết kế thường hay chọn giải pháp xây dựng hệ thống điện thủy lực. Ngành công nghiệp đóng tàu hiện nay có nhu cầu rất lớn về giải bài toán điều khiển hệ điện thủy lực trên các tàu đóng mới cỡ lớn. Đây là cơ sở thực tiễn của đề tài. Cấu trúc của luận văn gồm: phần mở đầu; chương 1, 2, 3 và 4; phần kết luận và kiến nghị; tài liệu tham khảo; phụ lục. Nội dung chính của luận văn: Chương 1 Tổng quan về hệ thống điều khiển điện thủy lực, hệ thống lái tàu điện thủy lực. Chương 2 Bài toán điều khiển hướng của tàu thủy và mô hình toán học của nó. 11 Chương 3 Tổng hợp điều khiển lái tàu khi bỏ qua động học của máy lái thủy lực. Chương 4 Tổng hợp điều khiển bám sát góc bẻ lái tàu điện thủy lực. 12 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN THỦY LỰC, HỆ THỐNG LÁI TÀU ĐIỆN THUỶ LỰC Hệ thống điện thủy lực đã ra đời từ rất sớm và ngày càng được hoàn thiện, đặc biệt được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô, máy công cụ, công nghiệp khai khoáng…và trong quân sự như hệ thống vũ khí pháo, cơ cấu của bệ phóng tên lửa, hệ thống điều khiển dàn phóng bom chống ngầm,… Ngày nay, cùng với sự phát triển của lý thuyết điều khiển hiện đại và công nghệ kỹ thuật điện tử công suất mới. Các tác giả trên thế giới đã nghiên cứu điều khiển hệ thống ứng dụng dùng thủy lực theo các hướng khác nhau: Điều khiển hệ thống van điện từ sử dụng các phần tử khóa theo thuật toán PWM, điều khiển theo hệ rơ le, ứng dụng điều khiển mờ và mạng Nơ ron trong các hệ điều khiển thông minh và điều khiển trong chế độ trượt làm cho các hệ thống điều khiển ngày càng thông minh và mềm dẻo trong các thuật toán điều khiển đáp ứng tối ưu cho các bài toán của hệ thống điều khiển tự động. Trong chương này đề cập đến các vấn đề sau: - Tổng quan về hệ thống điều khiển điện thủy lực. - Các phần tử cơ bản trong hệ thống điện thủy lực. - Xây dựng mô hình toán học hệ thống truyền động điện thủy lực điều khiển tàu có tính đến các thành phần phi tuyến tác động lên hệ thống… 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THỦY LỰC Hệ thống truyền động thủy lực là một tập hợp các phần tử, thiết bị, máy móc, chi tiết và cụm chi tiết … thủy lực được lắp nối với nhau theo một sơ đồ nhất định nhằm đảm bảo chuyển động định trước của cơ cấp cháp hành. 13 Máy thủy lực là tên gọi chung của tất cả các loại máy móc, thiết bị mà nguyên lý hoạt động của chúng dựa trên sự trao đổi năng lượng với dòng chất lỏng Trong hệ truyền động điện thủy lực (TĐĐTL) sử dụng các phần tử thủy lực cơ bản như: khuếch đại thủy lực, bơm thủy lực, động cơ thủy lực, píttông thủy lực, các loại van điều khiển được. Các phần tử này nằm trong mạch chính và quyết định đến tính chất động học của hệ. Ngoài ra trong hệ còn có các thiết bị phụ trợ như: các loại van áp suất, bình chứa, ống dẫn dầu, bộ lọc v.v... Theo nguyên lý tác động của máy thủy lực với dòng chất lỏng trong quá trình làm việc, máy thủy lực được chia làm 2 nhóm: - Máy thủy lực thể tích: là các loại máy thủy lực hoạt động dựa trên sự trao đổi năng lượng bằng cách nén thất lỏng tỏng một thể tích kín dưới áp suất thủy tĩnh. - Máy thủy lực cánh dẫn (Hay thủy động): là loại máy thủy lực hoạt động dựa trên sự trao đổi năng lượng với chất lỏng công tác bằng cách biến đổi động năng của dòng chảy qua máy Các thành phần cơ bản của một hệ truyền động thủy lực bao gồm: + Nguồn cung cấp năng lượng tích trữ trong môi chất công tác + Các phần tử điều khiển và điều chỉnh thủy lực ( Các loại van phân phối) + Cơ cấu chấp hành thủy lực (Động cơ thủy lực, xy lanh thủy lực) + Đường ống và thiết bị đường ống. Các hệ thống điều khiển thủy lực được chia thành hai loại cơ bản: - Hệ thống điều khiển bằng van tiết lưu - Hệ thống điều khiển bằng khối lượng (hay thể tích). Ví dụ hệ thống điều khiển bằng van tiết lưu được sử dụng trong hệ thống điều khiển cánh lái của thiết bị bay (máy bay, tên lửa). Còn hệ thống 14 điều khiển bằng khối lượng được sử dụng rộng rãi hơn, nhất là trong kỹ thuật Hải quân. Trong đó, hệ thống điều khiển bằng khối lượng được phân thành hai loại: Loại ngang (động học phẳng), trong đó các xi lanh lực phân bố trên mặt phẳng vuông góc với trục quay của phần tử thủy lực. Loại dọc (động học không gian), trong đó các xi lanh thủy lực đặt song song với trục quay của phần tử thủy lực. Đây là loại hay dùng nhất. Dầu thủy lực dùng trong hệ thống điều khiển thủy lực là một dung môi đặc biệt. Yêu cầu đối với loại dung môi này là: bền hóa học, không gây gỉ kim loại, không đông đặc và sủi bọt khi sử dụng nhiều lần, có độ nhớt xác định và ít thay đổi khi nhiệt độ thay đổi trong phạm vi lớn ( 600C) và có độ chịu nén thấp. Trong các bộ TĐĐTL điều chỉnh kiểu thể tích điều chỉnh tốc độ động cơ thuỷ lực được thực hiện bằng cách thay đổi tương ứng năng suất của bơm. Sơ đồ chức năng của bộ truyền động thuỷ lực kiểu thể tích gồm có: bơm có năng suất thay đổi và động cơ thủy lực chấp hành. Để điều khiển bơm ta dùng bộ khuếch đại thủy lực, cơ cấu điện từ (nam châm điện) hay một động cơ điện. Trong bộ TĐĐTL điều chỉnh kiểu thể tích dòng lưu thông chất lỏng công tác là một vòng kín (giữa bơm - động cơ thuỷ lực). Trong đường dẫn dầu từ bơm đến động cơ chất lỏng được nén với áp suất cao, độ lớn của áp suất này được xác định bởi tỷ trọng của động cơ thủy lực. Còn chất lỏng từ động cơ đến bơm có áp suất thấp. Việc đảo chiều quay của động cơ được thực hiện bằng cách đổi chiều tuần hoàn của dòng chất lỏng giữa bơm và động cơ thủy lực. Nguyên nhân chính của sự mất mát năng lượng dòng chất lỏng là do rò rỉ, hiệu suất của bộ TĐĐTL kiểu thể tích có thể đạt tới 50 - 60%. Tuy nhiên, kết cấu của bộ TĐĐTL điều chỉnh kiểu thể tích phức tạp hơn nhiều so với kết cấu của bộ TĐĐTL kiểu tiết lưu vì nó có bơm với năng suất 15 thay đổi. Ngoài ra trong bộ TĐĐTL kiểu thể tích còn có hệ thống thủy lực bổ trợ dùng để điều khiển bơm với năng suất thay đổi và bù phần chất lỏng bị rò rỉ. Công suất điều khiển bơm với năng suất thay đổi còn lớn hơn vài lần công suất cần để điều khiển các hệ truyền động thủy lực kiểu tiết lưu. Hình 1.1: Sơ đồ chức năng cơ bản của một hệ truyền động điện thủy lực. Hình 1.2 Sơ đồ chức năng hệ truyền động điện thủy lực Thiết bị đo: thiết bị đo dùng các biến áp quay tần số làm việc 400Hz mắc theo kiểu biến áp. Thiết bị khuếch đại: khuếch đại sơ bộ và khuếch đại thủy lực dùng van tiết lưu điều khiển bởi nam châm điện có tốc độ dịch chuyển tỉ lệ với dòng điện đi qua các cuộn điều khiển của nam châm điện, đầu ra của tầng khuếch đại này là sự thay đổi lưu lượng dầu qua động cơ thủy lực làm cho tốc độ quay của động cơ thủy lực tỉ lệ với dòng điều khiển của tầng thứ nhất. 16 Các hộp đổi tốc thực hiện các biến đổi tỉ số truyền tương ứng cho các thiết bị đo và thực hiện biến đổi tốc độ góc của động cơ chấp hành thành góc quay tương ứng của đối tượng điều khiển. 1.2 ĐẶC ĐIỂM, YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THỦY LỰC 1.2.1 Ưu điểm của hệ truyền động điện thủy lực - Truyền được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao đòi hỏi ít phải chăm sóc, bảo dưỡng. - Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn động và bị dẫn động không lệ thuộc với nhau, các bộ phận nối thường là những đường ống dễ đổi chỗ, do vậy quán tính của hệ thống nhỏ cùng với tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như khi sử dụng hệ thống điện cơ. - Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, dễ thực hiện tự động hoá theo điều kiện làm việc hay theo chương trình cho sẵn. - Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thuỷ lực cao. - Dễ bảo vệ quá tải nhờ các van an toàn. - Dễ giám sát trạng thái làm việc của hệ thống bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch. - Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá. - Hiệu suất lớn; ( = 85%  94%). - Bền trong điều kiện làm việc phức tạp; - Không cần bôi trơn các bộ phận chuyển động; 17 - Bảo đảm vùng hiệu chỉnh rộng ( = 1000). 1.2.2 Nhược điểm của hệ truyền động điện thủy lực - Tổn hao năng lượng trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử và ở các mối ghép nối đường ống và các phần tử trong hệ thống làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng. - Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn. - Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ công tác cũng như nhiệt độ môi trường làm độ nhớt thay đổi ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển. - Khả năng tích hợp hệ thống kém nên khó khăn khi thay đổi chương trình làm việc. - Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi. 1.2.3 Các yêu cầu kĩ thuật cơ bản của hệ truyền động điện thủy lực Hệ truyền động phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau: - Bảo đảm khả năng điều khiển ruly quay với vận tốc và gia tốc cần thiết, đáp ứng được với tốc độ chuyển động của tàu: Điều này đòi hỏi hệ bám phải phục hồi được qui luật chuyển động của thiết bị phát do mục tiêu dịch chuyển. Độ chính xác bám sát thực tế phải lớn hơn độ chính xác yêu cầu của hệ. Ngoài ra, để rút ngắt thời gian xử lý góc không đồng bộ ban đầu (giá trị có thể đạt tới 1800) hệ bám phải có khả năng tăng được vận tốc lên khoảng 20  60% giá trị vận tốc cực đại. - Bảo đảm vùng hiệu chỉnh rộng:   max , khi mô men tải Mt = const,  min 100    1000 - Bảo đảm khả năng quá tải cao: 18 Khả năng quá tải là tỷ số giữa mô men cực đại M max mà động cơ đạt được với mô men định mức M dm , tức là:  M max M dm Yêu cầu này xuất phát từ thực tế là tải của hệ truyền động có tính va đập mạnh, tăng nhanh gấp nhiều lần trong một số thời điểm (ví dụ khi bắn pháo). Đối với các hệ bám dạng điện cơ, khả năng quá tải  = 2,5  3,5, sự quá tải tức thời cho phép đạt tới 6, 0. Đối với hệ bám dạng điện thủy lực,  = 2  3. - Bảo đảm tốt tính ổn định: - Bảo đảm độ chính xác cao - Độ tin cậy cao, đảm bảo các chỉ số theo yêu cầu: xác xuất làm việc không hỏng, tính dễ sửa chữa, tính lâu bền.. - Làm việc không hỏng trong các điều kiện thời tiết khí hậu khác nhau, ở nhiệt độ môi trường  500C, độ ẩm tới 98%. - Sử dụng các nguồn điện áp chuẩn, khả năng làm việc từ mạng điện công nghiệp 127/220/380V 50Hz. - Kích thước và trọng lượng nhỏ, hiệu suất cao, giá thành rẻ, dễ cải tiến v.v… 1.3 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THỦY LỰC ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG LÁI TÀU THỦY 1.3.1 Tổng quan về hệ thống Để có thể điều khiển một con tàu chuyển động(chạy) được như mong muốn cần phải có một hệ thống các trang thiết bị chuyên dùng được gọi chung là hệ thống thiết bị lái. Để làm được điều đó thì yêu cầu của các hệ thống lái phải đáp ứng điều kiện sau: 19 + Đảm bảo cho tàu có đặc tính ăn lái tốt, điều này có nghĩa là khi có tín hiệu điều khiển thì hệ thống thiết bị lái phải đảm bảo chuyển hướng con tàu như mong muốn. Về tính ăn lái của con tàu có thể hiểu đó là khả năng chuyển động của con tàu theo ý muốn của người lái. Điều đó có nghĩa là tàu phải có khả năng ổn định hướng đi cũng như thực hiện các xoay trở khi cần thiết. Do đó, tính ăn lái sẽ gồm hai lĩnh vực quan hệ mật thiết và đối lập nhau đó là tính ổn định hướng và tính xoay trở. Một con tàu có tính ổn định hướng tốt thì tính xoay trở sẽ kém và ngược lại. Vì vậy khi thiết kế cần biết dung hoà các mâu thuẫn đó, phải nhấn mạnh những đặc tính nào cần thiết hơn cho từng loại tàu. Tính ăn lái phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hình dáng con tàu, số lượng chân vịt…Trong đó việc tính toán thiết kế xác định kích thước của, số lượng chân vịt cũng như mômen lái, tốc độ lái là vấn đề quan trọng nhất. + Hệ thống thiết bị lái phải đảm bảo tù ổn định. Ở đây tính tù ổn định của quá trình lái được đặc trưng bởi khả năng chạy tàu và chuyển hướng (khi tàu đang chạy) tin cậy và không có dao động. + Hệ thống thiết bị lái phải đảm bảo cho người lái thao tác thuận tiện, linh hoạt tin cậy và chính xác trong mọi tình huống. + Hệ thống thiết bị lái phải được trang bị đầy đủ các thiết bị đo báo, kiểm tra cảnh giới, an toàn và khiếm thiết, có thể nâng cấp, lắp các hệ thống định vị và dẫn đường hiện đại nhất để đảm bảo tàu đi đúng hướng của hải trình. Ta hãy xem sơ đồ hình 1.3 dưới đây để thấy được cấu tạo cơ bản của một hệ thống thiết bị lái: 1: Cánh bánh lái; 2: Ổ đỡ cánh bánh lái; 3: Ổ bi dưới; 4: Trục bánh lái; 5: Ổ bi trên của trục bánh lái; 6: Thiết bị lái ; 7: Hệ dẫn động lái; 8: Hệ dẫn động điều; 9: Cabin(đài) điều khiển 20 Hình 1.3 - Cấu tạo cơ bản của hệ thống lái Các thành phần cấu tạo cơ bản của hệ thống thiết bị lái tàu, bao gồm: + Bánh lái có kết cấu phẳng, khi quay chìm trong nước trong quá trình tàu chạy sẽ hình thành phản lực cần thiết để điều khiển tàu; + Trục bánh lái: được dùng để quay bánh lái; + Hệ dẫn động bánh lái: hệ thống truyền chuyển động từ phần tử điều khiển đến phần tử lái. + Phần tử lái: cơ cấu tạo ra mômen để dịch chuyển bánh lái; + Phẩn tử điều khiển: phần tử tạo ra tín hiệu điều khiển.