Bài báo này tóm tắt kết quả thiết kế và chế tạo bộ điều khiển máy khảo nghiệm ma sát, bộ điều khiển giúp người nghiên cứu quan sát quá trình thay đổi các thông số như lực ma sát, lực ép nhiệt độ,... Bộ điều khiển thiết kế có khả năng điều khiển vận tốc trượt nhờ sử dụng thuật toán PID điều khiển tốc độ động cơ. Bằng cách sử dụng các phương pháp xử lý mẫu đã loại bỏ các giá trị nhiễu nên kết quả đo được tin cậy và chính xác hơn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ điều khiển máy khảo nghệm ma sát phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu tại Trường Đại học Nha Trang
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản
Số 4/2013
THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẢO NGHIỆM
MA SÁT PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIẢNG DẠY VÀ NGHIÊN CỨU
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
DESIGN AND FABRICATION OF TRIBOLOGY TESTING MACHINE
CONTROLLER USED FOR TEACHING AND RESEACH
AT NHA TRANG UNIVERSITY
Trần Văn Hùng1
Ngày nhận bài: 04/9/2012; Ngày phản biện thông qua: 06/6/2013; Ngày duyệt đăng: 10/12/2013
TÓM TẮT
Bài báo này tóm tắt kết quả thiết kế và chế tạo bộ điều khiển máy khảo nghiệm ma sát, bộ điều khiển giúp người
nghiên cứu quan sát quá trình thay đổi các thông số như lực ma sát, lực ép nhiệt độ,... Bộ điều khiển thiết kế có khả năng
điều khiển vận tốc trượt nhờ sử dụng thuật toán PID điều khiển tốc độ động cơ. Bằng cách sử dụng các phương pháp xử lý
mẫu đã loại bỏ các giá trị nhiễu nên kết quả đo được tin cậy và chính xác hơn.
Từ khóa: bộ điều khiển máy khảo nghiệm ma sát, giải thuật PID
ABSTRACT
This article presents the design and fabrication of tribology testing machine controller, the controller can help the
researchers to observe the changing process of parameters such as friction, force, temperature, ect.. The controller is able
to control the sliding velocity by using PID algorithm to drive the speed of the electric motor. By using sample processing
methods to reduce noise, so the measurement results are more reliable and accurate.
Keywords: tribology testing machine controller, PID algorithm
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ma sát ngoài (khô) giữa các bề mặt tiếp xúc
là hiện tượng cực kỳ phức tạp, nó bị chi phối bởi
nhiều yếu tố như sự tác động của các yếu tố sử
dụng: tải trọng, tốc độ trượt và đặc biệt là tính chất
của vật liệu cũng như đặc tính hình học của bề mặt
tiếp xúc [1]. Mặc dù đã có nhiều công trình nghiên
cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước
đưa ra các mô hình toán để mô tả hiện tượng ma
sát, nhưng cho đến nay chưa có mô hình nào có
thể mô tả một cách đầy đủ các mối quan hệ trong
quá trình ma sát. Các mô hình đưa ra chỉ có thể
1
giúp ta hiểu phần nào bản chất của hiện tượng,
còn nhiều vấn đề phải bàn vì các thông số đưa
ra trong các phương trình rất khó xác định và lựa
chọn chính xác cho mỗi trường hợp. Bản thân các
thông số này cũng thay đổi trong quá trình ma sát
do sự tương tác qua lại giữa các thông số cơ nhiệt
động học và tác động của môi trường hóa học. Vì
vậy, công cụ tốt nhất để xác định được hệ số ma
sát của cặp lắp ghép là thực nghiệm. Với phương
pháp và tiêu chuẩn thực nghiệm khác nhau giá trị
của hệ số ma sát của cùng một cặp lắp ghép cũng
có thể là các giá trị khác nhau.
KS. Trần Văn Hùng: Khoa Cơ khí - Trường Đại học Nha Trang
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 21
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản
Đến nay đã có những thuyết và các công
thức được đưa ra để tính toán giá trị hệ số ma
sát, nhưng chúng rất phức tạp. Các tham số trong
các công thức tính hệ số ma sát là các thông số
động, chúng biến đổi theo không gian và thời gian,
thường có tác động tương hỗ lẫn nhau, nên việc áp
dụng các mô hình toán này gặp nhiều khó khăn và
trong quá trình thực hiện dễ gặp các sai lầm có tính
hệ thống. Phương pháp thực nghiệm với việc mô
phỏng điều kiện làm việc thực tế, trong điều kiện kỹ
thuật điện tử và tin học phát triển như hiện nay, đã
cho những kết quả rất khả quan, không những giúp
nhanh chóng xác định được giá trị của hệ số ma
sát mà còn tìm được mối quan hệ giữa giá trị của
thông số này với các thông số liên quan khác. Các
thiết bị khảo nghiệm về ma sát hiện nay rất phong
phú, từ những thiết bị đơn giản đến các thiết bị có
kết cấu phức tạp ứng dụng các công nghệ hiện đại,
có khả năng khảo sát sự ảnh hưởng của các thông
số hoạt động, vật liệu, môi trường đến hệ số ma
sát, có thể xác định được sự hao mòn cũng như
hiệu quả bôi trơn đối với các cặp ma sát.
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Đối tượng nghiên cứu
- Bộ điều khiển máy khảo nghiệm ma sát.
2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng dựa
trên tính toán lý thuyết kết hợp với thực nghiệm,
trong đó chủ yếu vào phép “Trial and error” có định
hướng. Trong nghiên cứu này, các quả cân chuẩn
được sử dụng để chuẩn hóa bộ phận đo lực: bộ
điều khiển sẽ hiển thị giá trị thực đo được tương
ứng với từng quả cân, sau đó tìm ra các hệ số ki
(i: 1→n). Từ các hệ số ki ta sẽ xác định được độ
tuyến tính và hàm chuyển đổi các thông số khác
được tiến hành xác định tương tự vậy.
Qui trình nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển máy
khảo nghiệm ma sát theo các bước sau:
- Khảo sát yêu cầu kỹ thuật bộ điều khiển máy
khảo nghiệm ma sát;
- Tính toán các giá trị đầu vào ra, từ đó thiết kế
sơ bộ hệ thống điều khiển;
- Xây dựng phương án chế tạo bộ điều khiển;
- Thử nghiệm, kiểm tra và hoàn chỉnh.
Mô hình điều khiển theo sơ đồ sau:
22 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Số 4/2013
Hình 1. Sơ đồ điểu khiển
Máy tính (computer): Thay đổi, hiển thị và gửi
xuống MCU giá trị các tham số hệ thống như tốc
độ, nhiệt độ dầu bôi trơn. Số liệu của hệ thống sẽ
được hiển thị trên màn hình máy tính dưới dạng
đồ thị, liên tục theo thời gian. Đồng thời các giá
thị này sẽ được lưu trữ trên PC theo thời gian,
việc này giúp người sử dụng dễ dàng xử lý sau
khi khảo sát.
Vi điều khiển (MCU): Nhận lệnh trên PC, đo và
điều khiển tốc độ động cơ và nhiệt độ dầu. Các giá
trị thực tốc độ động cơ, nhiệt độ dầu bôi trơn được
tính toán, cập nhật và gửi liên tục lên PC.
Cảm biến (Sensor): Cảm biến đo lực, cảm
biến đo nhiệt độ, encoder. Chúng biến đổi các đại
lượng vật lý không điện thành các đại lượng vật
lý dưới đạng dòng, áp, và tần số để MCU nhận
biết được.
Cơ cấu chấp hành (Actuator): Khuếch đại, cách
ly tín hiệu điều khiển từ MCU để điều khiển động cơ
và bộ gia nhiệt. Thanh điện trở nhiệt sẽ gia nhiệt cho
dầu bôi trơn. Từ 110VAC qua bộ điều khiển sau đó
chỉnh lưu về điện DC và cấp cho động cơ, tốc độ động
cơ được MCU đo dựa vào một Encoder quang gắn ...