Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phân tích và tổng hợp thiết kế động lực học tối ưu máy lái điện - khí tên lửa đối hải

hoạt động và xây dựng được các mô hình máy lái điện - khí theo bài toán thiết kế tối ưu động lực học đơn chỉ tiêu và đa chỉ tiêu chất lượng. 1.4. Kết luận chương 1 Tổng quan về các loại máy lái theo nguyên lý truyền động tự động bám điện - thủy - khí. Tổng quan về máy lái điện - khí TLĐH. Phân tích, đánh giá các nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước về các vấn đề xây dựng mô hình toán động lực học, giải bài toán phân tích và tổng hợp thiết kế tối ưu động lực học hệ truyền động tự động bám điện - thủy - khí nói chung và máy lái điện - khí TLĐH nói riêng. Đã làm rõ các hạn chế của các mô hình vật lý mô tả đối tượng, các mô hình tính toán cũng như các phương pháp phân tích và tổng hợp thiết kế tối ưu các hệ truyền động đã công bố. Trên cơ sở các phân tích đó đã chỉ ra các vấn đề cần tiếp tục cần nghiên cứu, giải quyết, từ đó xác định được mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án. Chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT MÁY LÁI ĐIỆN - KHÍ 2.1. Chọn hệ tọa độ tính toán Căn cứ sơ đồ phối trí lắp ráp thực tế của máy lái điện - khí trong khoang tên lửa theo sơ đồ cánh khí động “X” ta sử dụng các hệ tọa độ sau (hình 2.1 và hình 2.2): 7 Hình 2.1. Sơ đồ điều khiển - cơ - động lực học máy lái điện - khí - Hệ tọa độ liên kết Oxyz gắn với tên lửa và di chuyển cùng với tên lửa. - Hệ toạ độ vận tốc Oxvyvzv có gốc toạ độ nằm tại trọng tâm của tên lửa. - Hệ toạ độ vận tốc và hệ toạ độ liên kết liên hệ với nhau bằng các góc tấn t và góc trượt cạnh  (hình 2.2). Hình 2.2. Sơ đồ quan hệ giữa hệ toạ độ liên kết và hệ toạ độ vận tốc - Trục Om trùng với trục quay cánh lái. Trục Om nằm trong mặt phẳng yOz và và tạo với trục Oz một góc ψ = 45o. - Trục piston và piston của động cơ servocylinder chuyển động song song với trục Ox. - Trục quay của vòi phun v-v và trục quay của cánh lái c-csong song với trục Om. 2.2. Các giả thiết - Lượng dò từ thông của nam châm vĩnh cửu kích từ và nam châm điện điều khiển ra môi trường là không đáng kể. 8 - Coi cụm thanh từ cảm - vòi phun và piston của động cơ servocylinder là các chất điểm. - Máy lái chuyển động với vận tốc của tên lửa vtl không đổi trong giai đoạn quỹ đạo bay hành trình. - Nguồn khí nén nóng động lực được lấy từ sau động cơ hành trình tua - bin để cấp cho máy lái hoạt động là ổn định. - Các biến áp suất và nhiệt độ khí nén trong các khoang xylanh của động cơ servoxylinder phân bố đều. 2.3. Hệ phương trình vi phân mô hình toán động lực học tổng quát máy lái điện - khí TLĐH Mô hình toán động lực học tổng quát máy lái điện - khí TLĐH gồm 7 phương trình vi phân phi tuyến tương ứng với 7 ẩn số biến thiên theo thời gian φ(t), Icd(t), xp(t), p1(t), p2(t), T1(t) và T2(t): Phương trình chuyển động quay của cụm vòi phun - thanh từ cảm: tv ñt msn ca msk d t d J M t M t M t M dt dt       2 2 ( ) (t) ( ) ( ) ( ) .sign( ), (2.34) Phương trình thay đổi cường độ dòng điện Icd(t) của hai cuộn dây điều khiển: ( ) ( ) ( ). ( ) ,cd cd cd cd cd dI t U t Z t I t dt L   (2.35) Phương trình chuyển động của cụm piston - trục dẫn động - cánh lái: 2 2 p pqñ kn lt Mqñ Pqñ d x t m F F F F dt     ( ) , (2.36) Phương trình thay đổi áp suất trong khoang trái động cơ servocylinder:       1 1 1 1 1 1 2 1 1 . . . (k 1)( ) . . ( ) F .D . ( ) . / 2 ( ) ( )( ) . ( ) ( ) . ( ) . ( ) , (2.37) / 2 ( ) n ntn t n n xl p p p po p p a t a n p po p k K R Tdp t f p x t dt AS l x x t dx tT t k p t T t T f p t T l x x t dt                      Phương trình thay đổi nhiệt độ trong khoang trái động cơ servocylinder:   11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 ( ) . ( ). .( ) ( ) ( ) ( ) / 2 ( ) ( ) . ( ). / 2 ( ) ( ) ( ) . . . ( ) . ( ) . ( ) , (2.38) p n p po p p p po p t n n t a n n dx t K T t R TdT t T t T t dp t dt l x x t dt p t dt S p t l x x t T t T t f p f p t T T                     9 Phương trình thay đổi áp suất trong khoang phải động cơ servocylinder:       2 1 2 2 2 2 2 2 2 . . . (k 1)( ) . . ( ) F .D . ( ) . / 2 ( ) ( )( ) . ( ) ( ) . ( ) . ( ) , (2.39) / 2 ( ) n ntn p n n xl p p p po p p a p a n p po p k K R Tdp t f p x t dt AS l x x t dx tT t k p t T t T f p t T l x x t dt                      Phương trình thay đổi nhiệt độ trong khoang phải động cơ servocylinder:   22 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 ( ) . ( ). .( ) ( ) ( ) ( ) / 2 ( ) ( ) . ( ). / 2 ( ) ( ) ( ) . . . ( ) . ( ) ( ) , (2.40) p n p po p p p po p p n n p a n n dx t K T t R TdT t T t T t dp t dt l x x t dt p t dt S p t l x x t T t T t f p f p t T T                      Các phương trình liên hệ các biến số: Phương trình điện áp trên hai cuộn dây điều khiển, điện áp này là điện áp đầu ra của bộ điều khiển PID: 0 (t) (t) (t) ( ) t e cd P e I e D d U U K U K U d K dt         (2.41) Phương trình mô men điện - từ tác dụng lên cụm thanh từ cảm - vòi phun:         tco kk ñt m m cd cd tckk tc m m cd cd tc tc b c La M H l n I t b c L b c L H l n I t L N b t m c L                              22 2 2 2 2 . (t). . 0,4 . . 2. . ( ) 2 2 . (t) 2 . (t) . 2. . ( ) . , . (2.42) 2 . (t) ( ) Phương trình mô men ma sát khô Mmsk cản chuyển động quay cụm thanh từ cảm - vòi phun: Mmsk = Ptcvp.kmsl.rob (2.43) Phương trình khối lượng mpqđ quy đổi về trục piston:     2 2 2 2 2 2 2 1 dc pc pqñ p d b p d b p L x tJ m m m L x t L L x t             . ( ) ( ) ( ) (2.45) Phương trình lực khí nén Fkn tác dụng lên piston Fkn = Sp.(p1(t) - p2(t)) (2.46) 10 Phương trình lực li tâm Flt do chuyển động quay của trục dẫn động và cánh lái:     2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 dc b p p p lt d c d b p b p L L x t x t dx t F m J dt L L x t L x t                . . ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2.47) Phương trình lực quy đổi của mô men khí động và mô men ma sát FMqđ về trục piston: 2 2 1 p Mqñ kñc msc b p dx t F M M sign dtL x t          ( ) . ( ) ( ) (2.48) Phương trình trọng lực quy đổi của trọng lực trục dẫn động và cánh lái FPqđ về trục piston:     32 2 2 2 dc p c b p Pqñ d c d b p b p L x t L L x t F m g m g L L x t L x t     . ( ) . . ( ) . . . .cos . ( ) ( ) (2.49) Phương trình mô men tải khí động Mkđc tác dụng lên cánh lái:   2 2 ta ta( ). . .OO . ( ). . .OO . 2 2 tl tl kñc l cl d cl v v M C S cos C S sin                    (2.50) Phương trình mô men ma sát cản Mmsc tác dụng lên cụm piston - cơ cấu dẫn động - cánh lái: Mmsc = Gmsc.r (2.51) trong đó: μo - hằng số từ thẩm chân không, H/m; μkk - hệ số từ thẩm khe hở không khí, H/m; a, b - kích thước mặt đầu của thanh từ cảm, m; c là khe hở giữa hai cực từ, m; Ltc - bán kính quay của thanh từ cảm, m; Hm - cường độ cảm ứng từ của nam châm vĩnh cửu, A/m; lm - chiều dài của nam châm vĩnh cửu, m; ncd - số vòng dây cuộn dây; Lcd - trở kháng cảm ứng của hai cuộn dây điều khiển, 22 . . / 4 cd cd tc tc kk L n S  , H (ở đây: Stc là tiết diện ngang đầu thanh từ cảm, m2); Zcd(t) - tổng trở kháng của hai cuộn dây mắc song song, 2 2( ) ( ) cd cd cd Z t R L  , Ω (ở đây: ω là tần số quy luật tín hiệu điều khiển, rad/s; Rcd là tổng thuần trở của hai cuộn dây điều khiển mắc song song, 24 . . /cd cd tb cdR n l d  , Ω (với ρ là điện trở suất của vật liệu dây cuốn, Ω.m; ltb là chiều dài của vòng dây trung bình của cuộn dây, m; dcd là đường kính dây quấn, m)); ΔUe(t) - điện áp đầu ra của bộ cộng đại số tín hiệu điều khiển Uđk(t) và tín hiệu phản hồi Ufh(t), ΔUe(t)= Uđk(t) - Ufh(t), V; KP - hệ số khuếch đại tỷ lệ; KI - hệ số tích phân; KD - hệ số vi phân; Ptcvp - trọng lượng cụm thanh từ cảm - vòi 11 phun, N; kmsl - hệ số ma sát lăn của ổ bi; rob là bán kính ổ bi, m; p1(t) và p2(t) - áp suất khí trong khoang trái và khoang phải động cơ servocylinder, N/m2; T1(t) và T2(t) - nhiệt độ khí công tác trong khoang trái và khoang phải động cơ servocylinder, oK; pn - áp suất nguồn khí nén, N/m2; Tn - nhiệt độ nguồn khí nén, oK; F n - tiết diện nắp xy lanh, m2; Dxl - đường kính xy lanh, m; Ta - nhiệt độ môi trường bên ngoài vỏ xy lanh; A- đương lượng công của nhiệt; αtn - hệ số truyền nhiệt vật liệu vỏ xy lanh; xpo - “khoảng chết” hành trình của piston tại đáy hai bên động cơ servocylinder, m; R- hằng số khí; k- hệ số đoạn nhiệt không khí; K- hằng số, K = 2 / ( 1)k k  ; f1t, f2t, f1p, f2p - các tiết diện thông vào/ra hai khoang động cơ servocylinder, m2; φ(εn1), φ(ε1a), φ(εn2), φ(ε2a) - các hàm lưu lượng khí vào/ra hai khoang động cơ servocylinder. ρ- tỷ trọng trung bình của môi trường không khí trong trần bay của TLĐH dưới âm, kg/m3; vtl - tốc độ bay hành trình của tên lửa, m/s; α - góc tạo thành bởi hướng véc tơ tốc độ bay của tên lửa và mặt phẳng tiết diện nâng của cánh, α = δc + αtx (ở đây: δc- góc lật cánh lái; αtx - góc tấn của tên lửa chiếu lên mặt phẳng cánh lái, αtx = αtx.cosψ); taOO - khoảng cách ngắn nhất từ tọa độ tâm áp đến trục quay cánh lái, m; Cl(α), Cd(α) - hệ số lực nâng và hệ số lực cản khí động của cánh lái. Mô hình toán động lực học máy lái điện - khí TLĐH là hệ phương trình vi phân phi tuyến không thể giải được bằng phương pháp giải tích tường minh. Để giải mô hình toán trên trong luận án sử dụng phương pháp tích phân số Runge - Kutta được lập trình bằng phần mềm Visual Basic 6. 2.4. Xác định các thông số đầu vào khảo sát tích phân số mô hình toán động lực học máy lái Các thông số đầu vào để khảo sát tích phân số mô hình toán động lực học máy lái được xác định trên máy lái điện - khí mẫu đối chứng và các thông số của bộ điều khiển máy lái được chế tạo tại luận án. 2.5. Xác định các điều kiện ban đầu và điều kiện biên của các biến số 2.5.1. Xác định các điều kiện ban đầu của các biến số Để xác định được các giá trị ban đầu của các biến p10, p20, T10, T20 trong trạng thái ổn lập ta buộc phải tiến hành tích phân số mô hình toán động lực học máy lái theo 2 bước: Bước 1: bước chuẩn bị hoạt động: - Trạng thái ban đầu: φ(0) = 0, xp(0) = 0, Uđk(0) = 0, Icd(0) = 0. - Trạng thái tiếp theo: pn = (5.10 5 ÷ 8.105) N/m2, Tn = (293 ÷ 573) oK. 12 - Tích phân số mô hình toán động lực học máy lái với các điều kiện ban đầu được biết trước: Uđk (0) = 0, Icd (0) = 0, (0) 0cdI  ; φ(0) = 0, (0) 0  , xp(0) = 0, ( ) 0px t  và p1(0) = p2(0) = * * 5 2 10 20 10 /ap p p N m   ; 1 2 (0) (0) 0p p  , T1(0) = T2(0) = * * 10 20T T = 293 oK, 1 2(0) (0) 0T T  . Kết quả tích phân số mô hình toán động lực học đã xây dựng với các điều kiện ban đầu của các biến trong bước chuẩn bị hoạt động ở trên ta xác định được các giá trị ổn lập của các quá trình thay đổi áp suất và nhiệt độ trong các khoang công tác p10; p20; T10; T20. Các giá trị ổn lập này chính là các giá trị ban đầu của các biến tương ứng cho bước 2, bước hoạt động ổn định chấp hành tín hiệu điều khiển của máy lái. Bước 2: Bước hoạt động ổn định chấp hành tín hiệu điều khiển. Các giá trị ban đầu của các biến trong bước này là: Uđk(0) = 0 ÷ ± 5VDC, Icd (0) = 0, (0) 0cdI  ; φ(0) = 0, (0) 0  , xp(0) = 0, ( ) 0 p x t  và p1(0) = p10, p2(0) = p20, 1 2(0) (0) 0p p  , T1(0) = T10; T2(0) = T20, 1 2(0) (0) 0T T  . 2.5.2. Xác định các điều kiện biên của các biến số Điều kiện biên của bài toán bao gồm: - Các điều kiện biên khống chế về kích thước hình học: ax ax ax( )m m mt      và ax/ 2 ( ) / 2p p m pl x t l    . - Các điều kiện biên khống chế vật lý: 1 ax n 2 ax n 1 ax n 2 ax n( ) ; ( ) ; ( ) ; ( )a m a m m mp p t p p p t p T t T T t T      . 2.6. Kết quả đặc trưng tích phân số mô hình toán động lực học máy lái Trên các hình 2.15.a và 2.15.b dưới đây đưa ra các quá trình điển hình đáp ứng thời gian (với tín hiệu điều khiển hàm nấc Uđk = 4[VDC]) và đáp ứng tần số (với tín hiệu điều khiển hàm sin Uđk = 2sin(4π.t) [VDC]) của trục piston xp(t) máy lái điện - khí mạch hở trên cơ sở tích phân số mô hình toán với các giá trị thông số đầu vào đã được xác định trên mẫu máy lái điện - khí đối chứng. a) Đáp ứng thời gian b) Đáp ứng tần số Hình 2.15. Đáp ứng thời gian và đáp ứng tần số của trục piston xp(t) 13 a) Đáp ứng thời gian b) Đáp ứng tần số Hình 2.16. Đáp ứng thời gian và đáp ứng tần số của Icd(t), φ(t), vp(t) a) Đáp ứng thời gian b) Đáp ứng tần số Hình 2.17. Đáp ứng thời gian và đáp ứng tần số của p1(t), p2(t) và T1(t), T2(t) a) Đáp ứng thời gian b) Đáp ứng tần số Hình 2.18. Đáp ứng thời gian và đáp ứng tần số của f1t(t), f1p(t) và f2t(t), f2p(t) Nhận xét: các kết quả tích phân số mô hình toán động lực học máy lái nhận được dưới dạng các quá trình quá độ đáp ứng thời gian tín hiệu điều khiển hàm nấc bậc thang và hàm dao động điều hòa hình sin hoàn toàn phù hợp với bản chất nguyên lý hoạt động của hệ truyền động tự động bám như đã phân tích trong chương 1. Trên cơ sở các kết quả tích phân số mô hình toán động lực học máy lái nhận được, luận án tiến hành xây dựng và xác định giá trị các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng hoạt động của máy lái. Các chỉ tiêu kỹ thuật này được sử dụng để đánh giá sự đúng đắn của mô hình toán động lực học máy lái đã được xây dựng. 2.7. Xây dựng và xác định giá trị các chỉ tiêu kỹ thuật đánh chất lượng hoạt động của máy lái điện - khí 2.7.1. Xây dựng các chỉ tiêu chất lượng của máy lái điện - khí * Nhóm các chỉ tiêu chất lượng đặc trưng cho chức năng hoạt động tự động chấp hành tín hiệu điều khiển của máy lái: Thời gian quá độ chấp 14 hành tín hiệu điều khiển tp [s]; Độ quá chỉnh quá trình quá độ δ [%]; Số lần dao động n [lần] của trục piston xung quanh vị trí ổn lập; Sai số bám vị trí ε [%]; Độ dự trữ ổn định theo biên độ ∆Lođ [dB] và theo pha ∆φođ [deg] của máy lái. * Nhóm các chỉ tiêu chất lượng đặc trưng cho hiệu quả sử dụng máy lái: Công suất tối đa tín hiệu điều khiển máy lái Nđkmax [W]; Công suất tiêu thụ động lực nguồn khí nén Nđl [W]; Hệ số hiệu quả sử dụng Khq [m 2/W]; 2.7.3. Xác định giá trị các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng hoạt động của máy lái điện - khí mẫu đối chứng. Trên cơ sở các quá trình đáp ứng thời gian và đáp ứng tần số của trục piston xp động cơ servocylinder của máy lái điện - khí TLĐH mẫu đối chứng xác định được: - Thời gian quá độ chấp hành tín hiệu điều khiển: tp = 0,142s; - Thời gian trễ : τ = 0,02s; Sai số bám vị trí: ε = 2%; - Độ quá chỉnh quá trình quá độ: δ = 0% ; - Độ dự trữ biên độ: ΔLođ = 9dB; - Độ dự trữ pha: Δφođ = 37,5deg; - Công suất tối đa tín hiệu điều khiển máy lái: Nđkmax = 0,228W; - Công suất tiêu thụ động lực nguồn khí nén: Nđl = 648W; - Công suất hữu ích lớn nhất mang tải đầu ra của máy lái: Nđcmax = 32,8W; - Hệ số hiểu quả sử dụng: Khq = 5,4×10 -5 m2/W. Như vậy, căn cứ các quá trình đáp ứng thời gian tín hiệu điều khiển đầu vào dạng hàm nấc Uđk = Abđ[VDC] và các quá trình đáp ứng tần số tín hiệu điều khiển đầu vào dạng dao động điều hòa Uđk = Abđ.sin(2π.f.t)[VDC] nhận được trên cơ sở sử dụng phương pháp tích phân số mô hình toán động lực học tổng quát máy lái ta xác định được bằng lý thuyết các chỉ tiêu chất lượng đánh giá hoạt động của máy lái. Độ chính xác của các giá trị chỉ tiêu chất lượng này sẽ được kiểm chứng, đánh giá trong phần thực nghiệm chương 3. 2.7. Kết luận chương 2 - Xây dựng được mô hình toán động lực học tổng quát của máy lái điện - khí TLĐH. Mô hình bao gồm 7 phương trình vi phân phi tuyến với 11 hàm dẫn xuất liên hệ giữa các biến số. Đây là mô hình toán động lực học phản ánh đầy đủ các quá trình cơ - lý xảy ra và tương tác động lực học với nhau trong quá trình chấp hành tín hiệu điều khiển của máy lái. - Đã xây dựng thuật toán và chương trình giải mô hình toán động lực học máy lái điện - khí TLĐH bằng phương pháp tích phân số Runge - Kutta sử dụng máy tính điện tử số PC bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic. 15 - Các kết quả tích phân số mô hình toán động lực học máy lái điện - khí TLĐH dưới dạng các quá trình quá độ đáp ứng thời gian và các quá trình đáp ứng tần số phù hợp với bản chất vật lý chấp hành tín hiệu điều khiển của máy lái. Các kết quả tích phân số nói trên được sử dụng để kiểm chứng sự đúng đắn của mô hình toán động lực học máy lái được xây dựng trong chương 3 và để giải quyết các bài toán phân tích động lực học và tổng hợp thiết kế động lực học tối ưu máy lái trong chương 4 tiếp theo của luận án. Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC MÁI LÁI ĐIỆN - KHÍ Mục đích nghiên cứu: Xác định các thông số đầu vào và kiểm chứng sự đúng đắn của mô hình toán động lực học tổng quát máy lái điện - khí TLĐH được xây dựng. 3.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Xây dựng sơ đồ và giá thử nghiệm cho từng thông số cần đo trong phòng thí nghiệm. - Sử dụng các thiết bị và dụng cụ đo lường đo giá trị các thông số. - Xử lý các kết quả đo. 3.2. Kết quả thử nghiệm 3.2.1. Thực nghiệm phân đoạn Thực nghiệm phân đoạn xác định được hai thông số sau: - Giá trị mô men ma sát Mmsc: Mmsc = 2,074 ± 0,019 N.m. - Đặc tuyến mô men mô men giả tải khí động Mgtkđ(α). 3.2.2. Thực nghiệm tổng hợp Trên các hình 3.8, 3.11, 3.12 và 3.14 thể hiện một số quy luật thực nghiệm đặc trưng đáp ứng thời gian của trục piston xp(t) máy lái mẫu đối chứng. Hình 3.8. Đáp ứng thời gian của trục piston với pn = 5.105N/m2 (Uđkv(t) = ± 4VDC; Tn = 573oK) Hình 3.11. Đáp ứng thời gian của trục piston với pn = 8.105N/m2 (Uđkv(t) = ± 4VDC; Tn = 573oK) 16 Hình 3.12. Đáp ứng thời gian của trục piston với Uđkv(t) = ± 2VDC (pn = 8.105N/m2; Tn = 573oK) Hình 3.14. Đáp ứng thời gian của trục piston với Uđkv(t) = ± 4VDC (pn = 8.105N/m2; Tn = 573oK) 3.3.2. Kiểm chứng sự đúng đắn của mô hình toán động lực học máy lái điện - khí TLĐH. Trên các hình 3.16, 3.19, 3.20 và 3.22 thể hiện một số quy luật lý thuyết đặc trưng đáp ứng thời gian của trục piston xp(t) với bộ thông số đầu vào tương ứng như trong thử nghiệm tổng hợp. Hình 3.16. Đáp ứng thời gian lý thuyết của trục piston với pn = 5.105N/m2 (Uđkv(t) = ± 4VDC; Tn = 573oK) Hình 3.19. Đáp ứng thời gian lý thuyết của trục piston với pn = 8.105N/m2 (Uđkv(t) = ± 4VDC; Tn = 573oK) Hình 3.20. Đáp ứng thời gian lý thuyết của trục piston với Uđkv(t) = ± 2VDC (pn = 8.105N/m2; Tn = 573oK) Hình 3.22. Đáp ứng thời gian lý thuyết của trục piston với Uđkv(t) = ± 4VDC (pn = 8.105N/m2; Tn = 573oK) Xử lý các kết quả xử lý thực nghiệm và lý thuyết tương ứng với các giá trị pn và Uđkv(t) khác nhau ta xác định được các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản như một phần tử tự động hóa: thời gian trễ τ, thời gian chấp hành tp, sai số kèm bám vị trí trục piston ε, độ quá chỉnh δ. Các kết quả được thống kê trong bảng 3.5 và bảng 3.6: 17 Bảng 3.5. Tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản thay đổi theo thông số áp suất nguồn khí nén pn (Uđkv(t) = ± 4VDC; Tn = 573oK) pn, [×105N/m2] 5 6 7 8 Thực nghiệm Lý thuyết Thực nghiệm Lý thuyết Thực nghiệm Lý thuyết Thực nghiệm Lý thuyết τ(pn), [s] 0.016 0.015 0.014 0.013 0.012 0.012 0.007 0.007 tp(pn), [s] 0.252 0.260 0.198 0.212 0.188 0.198 0.184 0.180 ε(pn), [%] 9.6 9.3 5.9 5.6 4.5 4.7 1.6 1.6 δ(pn), [%] 0 0 0 0 0 0 0 0 Bảng 3.6. Tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản thay đổi theo thông số điện áp điều khiển đầu vào Uđkv (pn = 8.105N/m2; Tn = 573oK) Uđkv, [VDC] 2 3 4 5 Thực nghiệm Lý thuyết Thực nghiệm Lý thuyết Thực nghiệm Lý thuyết Thực nghiệm Lý thuyết τ(Uđkv), [s] 0.017 0.016 0.011 0.011 0.007 0.007 0.006 0.006 tp(Uđkv), [s] 0.122 0.120 0.152 0.150 0.184 0.180 0.223 0.230 ε(Uđkv), [%] 1.1 1.1 1.5 1.4 1.9 1.8 3.7 3.5 δ(Uđkv), [%] 0 0 0 0 0 0 0 0 Phân tích so sánh các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm nhận được trong các bảng 3.5 và 3.6 ta rút ra các nhận xét sau: - Dạng quy luật thay đổi các quá trình quá độ đáp ứng tín hiệu điều khiển xp(t) nhận được bằng nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm tương ứng đối với máy lái điện - khí nguyên mẫu đối chứng là hoàn toàn tương đồng và có sự trùng khớp cao; - Sai lệch lớn nhất về chỉ tiêu chất lượng độ tự trễ τmax không quá 7%; - Sai lệch lớn nhất về chỉ tiêu chất lượng thời gian đáp ứng quá trình quá độ tpmax không quá 7%; - Sai lệch lớn nhất về sai số bám vị trí khâu đầu ra trục piston trong trạng thái ổn lập εmax không quá 5%. (Các phương án có sai lệch lớn nhất được tô đậm trong các bảng 3.5 và 3.6) Như vậy, các kết quả phân tích đánh giá nêu trên cho thấy của mô hình toán động lực học máy lái điện - khí đã được xây dựng và phương pháp giải bảo đảm sự đúng đắn, độ chính xác cần thiết để làm cơ sở khoa học cho những nghiên cứu, tính toán lý thuyết tiếp theo trong luận án. 3.4. Kết luận chương 3 Kết quả thử nghiệm phân đoạn và tổng hợp đã xác định được: - Giá trị mô men cản chuyển động cụm piston - cơ cấu dẫn động - cánh lái để bổ sung hoàn thiện mô hình toán động lực học máy lái. 18 - Đặc tuyến mô men của thanh lò xo xoắn mô phỏng tải khí động thay cho việc tạo tải khí động tác dụng lên trục quay cánh lái trong phòng thổi khí động phục vụ thử nghiệm tổng hợp máy lái điện - khí nguyên mẫu trong phòng thí nghiệm. - Các quá trình đáp ứng thời gian tín hiệu điều khiển với các thông số tín hiệu điều khiển và động lực học đầu vào Uđk, pn khác nhau, trên cơ sở đó đã xác định được các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng là thời gian tự trễ τ, thời gian quá độ đáp ứng tín hiệu điều khiển tp, sai số bám vị trí trục piston ε, độ quá chỉnh δ. Kết quả phân tích so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật τ, tp, ε, δ nhận được bằng thực nghiệm trên máy lái điện - khí nguyên mẫu và trên mô hình toán động lực học máy lái đã kiểm chứng sự đúng đắn cho phép của mô hình toán động lực học máy lái đã xây dựng làm cơ sở khoa học tin cậy để giải quyết các bài toán quan trọng là bài toán phân tích động lực học và bài toán tổng hợp thiết kế động lực học tối ưu trong chương 4 tiếp theo của luận án. Chương 4. PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐỘNG LỰC HỌC MÁY LÁI ĐIỆN - KHÍ 4.1. Phân tích động lực học máy lái điện - khí 4.1.1. Xác định các nhóm thông số thiết kế cần khảo sát * Nhóm các thông số thiết kế bộ servovalve: Cường độ từ trường thanh nam châm vĩnh cửu kích từ, Hm [A/m]; Chiều dài thanh nam châm vĩnh cửu kích từ, lm [m]; Đường kính dây của nam châm điện điều khiển, dcd [m]; Số vòng cuộn dây của nam châm điện điều khiển, ncd [vòng]; Bán kính quay thanh từ cảm, Ltc [m]; Khe hở công tác giữa đầu thanh từ cảm và các cực từ, δkk [m]; Tiết diện ngang của khe hở công tác giữa đầu thanh từ cảm và các cực từ, So [m 2]; Đường kính lỗ vòi phun, dv [m]. * Nhóm các thông số thiết kế bộ servocylinder: Tiết diện hiệu dụng của piston, Sp [m 2]; Áp suất nguồn khí nén động lực, pn [N/m 2]; Nhiệt độ nguồn khí nén động lực, Tn [ oK]; Mô men ma sát khô cản quay cụm piston - cánh lái, Mmsc [N.m] * Nhóm các thông số tải khí động: Tốc độ bay của tên lửa, vtl [m/s]; Góc tấn của tên lửa, αt [deg]; Trong các thông số thiết kế nêu trên, các thông số Hm, lm, dcd, ncd, Ltc, δkk, So, dv, Sp được thay đổi trong dải rộng, còn các thông số thiết kế pn, Tn, vtl, αt do tính đặc thù sử dụng nguồn khí nén nóng động lực và tính năng chiến - kỹ thuật của TLĐH trong giai đoạn quỹ đạo bay hành trình được cho mặc định bằng các giá trị tương ứng của máy lái điện - khí mẫu đối chứng. 19 4.1.2. Phương pháp khảo sát các thông số thiết kế Trong nội dung nghiên cứu này luận án đưa ra các đồ thị phản ánh quy luật ảnh hưởng từng thông số thiết kế đến các chỉ tiêu chất lượng đặt ra trên đó sử dụng hai đường biên giới hạn để xác định miền thay đổi cho phép của từng thông số thiết kế và của từng chỉ tiêu chất lượng. Để xác định hai đường biên giới hạn nói trên ta sử dụng các chỉ tiêu kỹ thuật chính sau đối với máy lái điện - khí TLĐH như một thiết bị điều khiển chất lượng cao ứng dụng trên thiết bị bay: 1) Bộ giá trị chỉ tiêu chất lượng nhận được đối với mẫu máy lái điện - khí đối chứng: p ñk ñc ñl t n N N N * * * * * * *, , , , , , và hq K * . Đây là các chỉ tiêu chất lượng của mẫu máy lái đã làm việc tốt bảo đảm độ ổn định, tính điều khiển được của mạch vòng điều khiển kín và độ chính xác trúng mục tiêu của quỹ đạo bay tên lửa. 2) Các miền thay đổi cho phép của các chỉ tiêu chất lượng đặt ra p p t t * ,   * ,   *, n n * , ñk ñk N N * , ñl ñl N N * và hq hq K K * . Các miền thay đổi các chỉ tiêu chất lượng này bảo đảm cho máy lái cần thiết kế làm việc tốt hơn trong cấu trúc mạch vòng điều khiển