nguyen_tuan_son_15021991
New Member
Download miễn phí Tính toán thiết kế hệ thống mô phỏng chuyển động phục vụ huấn luyện tăng
Lời nói đầu
Trong thời đại công nghiệp hoá và hiện đại hoá, sự phát triển của ngành máy thủy lực đóng một vai trò quan trọng, góp mặt trong hầu hết các nghành các lĩnh vực. Do có những điểm nổi bật như kết cấu gọn nhẹ, hiệu suất, công suất cao, dễ tự động hóa, độ an toàn cao . nên các hệ thống truyền động thủy lực ngày nay là sự chọn lựa mang tính hiệu quả và kinh tế.
Lĩnh vực mô phỏng chuyển động là lĩnh vực tương đối mới trên thế giới và ở Việt Nam, hầu như không có tài liệu liên quan đến lĩnh vực này trong giảng dạy cũng như trong thực tế và với một số nước nó còn là tài liệu hạn chế tiếp cận.
Dám đi vào tìm tòi những cái mới là điều mà sinh viên trường Đại học Bách Khoa và đặc biệt là sinh viên nghành Thủy Khí nên làm. Sau khi nhận hướng đề tài của giáo viên hướng dẫn, em thấy đây là đề tài còn rất mới và rất thiết thực trong tình hình phát triển nghành thủy lực trong nước hiện nay. Đề tài tính toán thiết kế hệ thống mô phỏng chuyển động phục vụ huấn luyện tăng, thiết giáp là một đề tài khó, cần những hiểu biết tổng thể và cần có hướng nhìn xây dựng một hệ thống mở trong khi có sự hạn chế về tài liệu tham khảo hệ thống tương tự. Tuy vậy, với sự cố gắng của bản thân, cùng với những điều học hỏi từ các thầy cô trong bộ môm Thủy khí - Hàng không và sự hướng dẫn sát sao của giáo viên hướng dẫn, em đã hoàn thành đồ án dưới dạng một thiết kế tổng thể để từ đó có thể chế tạo thành công hệ thống mô phỏng chuyển động trong nước với chi phí thấp, thích ứng với các điều kiện kĩ thuật trong nước hiện có.
Trong quá trình làm đồ án này do còn thiếu kiến thức thực tế cũng như chưa hoàn thiện về kiến thức chuyên môn, cách tiếp cận một vấn đề khoa học cho nên không thể tránh khỏi những sai sót về nội dung cũng như cách thể hiện. Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo, tham gia góp ý của các thầy, cô, các bạn và những người đã quan tâm tới nội dung đồ án của em.
Để hoàn thành được toàn bộ nội dung đồ án này em xin chân thành Thank Thầy giáo - TS Hoàng Sinh Trường, thầy giáo TS Phạm Văn Khảo cùng Thank các thầy, cô giáo trong bộ môn.
Hà nội ngày 5 tháng 5 năm 2005
Sinh viên thực hiện :
Lớp Máy Thủy Khí - K45
Bộ Môn Kĩ Thuật Hàng Không và Thủy Khí
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Mục lục:
TỔNG QUAN
Tổng quan hệ thống mô phỏng chuyển động. 1
Hệ thống mô phỏng chuyển động phục vụ huấn luyện lái xe tăng, thiết giáp. 4
Cấu trúc và nguyên lí làm việc của hệ thống. 7
Chương1 Hệ thống khung giàn cơ khí1.1 Yêu cầu của khung giàn hệ thống. 17
1.2 Thiết kế sơ bộ khung giàn cơ khí. 18
1.2.1 Chọn hệ truyền động cho hệ thống. 18
1.2.2 Tính toán sơ bộ kích thước khung. 19
1.2.3 Kiểm nghiệm kích thước đã chọn của khung cơ khí. 28
1.3 Thiết kế chi tiết khung giàn cơ khí.
1.3.1 Chi tiết lắp khớp cầu của xi lanh với khung sàn. 33
1.3.2 Chi tiết lắp đầu dưới của thanh X1 và X2 với khung đế. 37
1.3.3 Chi tiết X1 và X2 (Hình chữ T). 38
1.3.4 Chi tiết trượt trên trục trượt. 40
1.4 Tính bền hệ khung cơ khí.
1.4.1 Xác định tải trọng động cho hệ thống khung giàn. 42
1.4.2 Tính bền cho các mối hàn. 43
Chương2 Hệ thống thủy lực
2.1 Chọn sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực. 48
2.1.1 Giới thiệu chức năng phần tử thuỷ lực trong hệ thống. 50
2.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thuỷ lực. 52
2.2Tính chọn thiết bị trong hệ thống. 54
2.2.1 Tính chọn xilanh, piston. 54
2.2.2 Tính chọn đường ống. 55
2.2.3 Tính chọn bơm nguồn. 57
2.2.4 Tính toán kích thước bể dầu. 61
2.3 Tính chọn van. 66
2.3.1 Giới thiệu van tỷ lệ. 66
2.3.2 Tính chọn van phân phối. 72
2.4 Van tỷ lệ 4WRKE. 72
Chương3 Hệ thống điều khiển
3.1 Chọn phương pháp điều khiển hệ thống . 75
3.2 Giới thiệu về hệ thống PLC S7-200.
3.2.1 Cấu hình phần cứng và đặc tính kỹ thuật. 81
3.2.2 Kết nối phần cứng. 90
3.2.3 Cấu trúc bộ nhớ. 91
3.2.4 Cách thức lập trình. 94
3.3 Truyền thông cho hệ thống mô phỏng. 96
3.3.1 Chuẩn truyền RS23. 97
3.3.2 Chuẩn truyền RS485. 98
3.4 Điều khiển hệ thống.
3.4.1 Phần mềm mô phỏng. 99
3.4.2 Phần mềm điều khiển giàn mô phỏng. 100
3.4.3 Phần mềm test hệ thống. 107
Chương4 Mô phỏng và khảo sát hệ thống
4.1 Mô hình hóa hệ thống cho một mạch vòng điều khiển. 108
4.2 Xây dựng hàm truyền. 110
4.3 Khảo sát hệ thống bằng phần mềm Matlab. 114
Kết luận 119
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
DESIGN AND DEVELOPME NT OF 6 -DOF MOTION PLATFORM FORVEHICLE DRIVING SIMU LATOR
Assoc. Prof. Dr Mohamad Kasim Abdul Jalil (Project Head)
Design Department, Faculty of Mechanical Engineering
81310 Universiti Teknologi Malaysia
[email protected]
1.0 Introductions
Driving simulators are often used in educational and research purposes. Driving
Simulators’ capability in producing a virtual driving environment resembling real driving
condition can be used to train novice drivers before they are exposed to the real world.
Aside from that, driving simulators are important in data collection for road safety
research, human factor study, vehicle system development and also traffic control device
development. These allow designers, en gineers as well as ergonomists, to bypass the
design and development process of detailed mockups of the automobile interiors for
human factor and v ehicle performance studies.
Driving simulators range in complexity, capability and can be classified into 3
major groups: high, medium and low -level driving simulator. Figure 1 shows the
classification of driving simulators. Some ex amples of high level s imulators are, the
National Advanced Driv ing Simulator NADS in IOWA, USA and the Toyota Driving
Simulator in Susono City, Japan which started its operation on Nov 2007. These high
level simulators have sophisticated systems such as a dome with 360 degree p rojection
screen for virtual environment generation. They are also equipped with a full vehicle cab
and a large motion platform which can mimic the driving conditions. Low level
simulators can be relatively simple which only r equire personal computer or gr aphical
work station, monitor and a simple cab and driving controls. Between these two extremes
is the mid -level driving simulator. Mid -level driving simulators can have adequate
fidelity, validity and realism; yet affordable compared to the “world class” or high -level
driving simulator. With proper configuration and harmonization of the visual, motion and
cues, they can perform a wide range of driving scenarios and tasks. Figure 2 shows a few
example of driving simulators
Figure 1 : Driving simulator classification.
b. 5DT driving simulator
a. Toyota driving simulator
d. Honda driving simulator
c. National Advance Driving Simulator
Figure 2 : Driving Simulator Example
2.0 Project Objective
Road safety has always been a major concern for the Malaysian Government. The
rapid increases in motor vehicle ownership in combination with the relatively young age
of the populations and wide mix of vehicle types in the recent years ha ve resulted in a
significant increase of road safety problems. Various engineering approaches have been
taken b y the Government to overcome the problem. They are proactive actions, reactive
actions, road maintenance and building new roads. In conjunction w ith the effort in the
proactive actions, a research in developing a driving simulator was started in 2002 in
Universiti Teknologi Malaysia by the Engineering Visualisation Research Group
(EngViz). The driving simulator will provide the platform for future research related to
road safety and transport. At the end of the first stage of the research, a fixed base driving
simulator with Visual Database and a generic v ehicle dynamic model, also known as
Universiti Teknologi Malaysia Vehicle Dynamic Model (UTMVDM ) was developed. A
topographical-based visual database based on Universiti Teknologi Malaysia landscap e
was successfully constructed using virtual reality technology. A simple driver’s cabin
with generic vehicle dynamic model (UTMVDM) is also developed. Th e developed
vehicle dynamic model is compatible for operator -in-loop simulation requirements of a
low cost fixed -base driving simulator.
a. Virtual Database
b. Driving Simulator Cabin c. Vehicle Dynamic Model
Figure 3: Design and development of a virtual reality fixed base driving simulator.
The second stage research work was aimed to integrate a motion platform to the
existing fixed based driving simulator. While driving a vehicle, a driver experiences the
ride and handling characteristic of the vehicle through motion cues du e to angular and
linear accelerations of the vehicle chassis. The motion platform for driving simulator is a
mechatronic equipment that is capable of gi ving the realistic feeling of a actual vehicle to
the drivers. This is a research that involves multidisciplinary engineering skills. It is
divided into 3 parts which is the motion platform mechanism design and fabrication,
control system design and simula tion and finally the integration of both control and
actual model. Figure 4 shows the overall project layout
Design and Development of a 6 -
DOF Motion Base
Control System Design
Mechanism Design
and Simulation
and Fabrication
Integration
Validation or Verification
Figure 4 : Project Layout
3.0 Motion Platform Mechanism Design and Fabrication
The motion platform design is based on the Stewart platform design
configuration. Stewart platform is selected because it is parallel robot manipulator with 6
parallel links which is capable of moving in 6 -DOF. The upper platform connects all 6
parallel links forming a closed loop mechanism. This allows the platform to have good
performance in terms of accuracy, rigidity and capable of handling large payload. The
motion platform design is shown in figure 5.
Figure 5: Motion platform design
4.0 Motion Platform Control System Design and Simulation
4.1 Motion Platform System layout
The motion platform is interfaced with control model in order to perform the 6 -
DOF motion cues. The motion platform system layout is presented in figure 6. First, the
desired motion platform positions are fed into the simulation model from the UTMVDM.
The motion platform simulation model then calculates the required actuators length to
perform the motion cues. The model sends the input signal and passes through a PID
controller to the data acquisition system (DAQ). In the mean time, the simulation model
also passes the output data to SimMechanics. Communication between the mathematical
model and DAQ is established using S -Function written in C pro gramming language. The
digital signal is converted to analog signal and pulse width modulation (PWM) signal to
control the motor driver which drives the DC actuator. The DC actuator position signal is
retrieved using potentiometer. The signal is converted to digital signal through the DAQ
and filtered with low pass filter before feedb ack to Proportional -Integral-Derivative
Controller (PID) as error signal. This completes the close -loop control system.
DAQ Card Hardware
MATLAB Simulink
Desired Motions (UTMVDM)
Analog to PWM
Signal Converter
Digital to
Analog Signal
PID
Motor
Converter
Controller
Driver
E rro r
+
Mathematic
al Model for
-
S
6-DOF
F
Power
u
Motion
n
Supply
c
Platform
t
i
o
Analog to
n
Sim
Digital Signal
Sensor
Mechanics
Converter
POT
Low Pass
Filter
Figure 6: Motion Platform
In this project, Proportional -Integral-Derivative controller is used and tuned using
Ziegler -Nichols and approximation method. PID controller is by far the most common
control algorithm among the control strategies. It is a control strategy that has been
successfully applied in various processes over many years. The reason behind this is due
to its simplicity, robustness and ability to suit in wide range of applications. For ZN PID
controller tuning, the gain value is first increased until the closed -loop system becomes
K , which is the gain value is recorded together with the
critically stable. The u
T is also known as the ultimate
T of the system. u
corresponding oscillation period, u
period Based on the ultimate properties, the tuning parameters is calculated. Table 1
shows ZN PID tuning parameters . In this project, ZN method was able to give an over all
guideline in tuning the motion platform control. The PID value is then retuned through
approximation or heuristic tuning method.
Table 1: Ziegler – Nichols PID tuning parameters
Ziegler–Nichols
K I D
u
P
2
K
u
PI
2
.
2
K 2
.
1
P
u
u
PID
7
.
1
K 2
P 8
P
u
u
u
4.2 Motion Platform Kinematics
The kinematics of a robot manipulator describes the relationship between the
motion of the joints of the manipulator and the resulting motion of the rigid bodies which
form the robot. Kinematics ca n be divided into forward and inverse kinematics. The main
role of forward kinematic of a parallel robot is to determine the position and orientation
of the mobile platform is the actuators or parallel chain’s lengths are known. This
problem has no known closed form solution. The forward kinematic of a Stewart
platform can be mathematically formulated in severa...