MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
1.2.1. Mục đích 5
1.2.2. Yêu cầu 6
2.1.1. Vận chuyển bằng tời và hệ thống giữ tàu 7
2.1.2. Vận chuyển trên đường trượt nghiêng 8
2.2.1. Định nghĩa 9
2.2.2. Một số sản phẩm thực tế về xe triền hiện nay 13
3.1.1. Mô hình xe triền 19
3.1.2. Thiết lập mô hình toán 21
3.1.3. Mô hình hóa động cơ điện 1 chiều 23
3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 24
3.2.2. Chọn bộ điều khiển PID 25
3.3.1. Giới thiệu về phần mềm MATLAB, công cụ SIMULINK 28
3.3.2. Mô phỏng hệ thống điều khiển của xe triền 29
4.1.1. Giới thiệu cảm biến Accelerometer (Cảm biến gia tốc) 36
4.1.2. Thiết kế hệ thống cảm biến cho mô hình xe triền 44
4.2.1. Các phần tử chấp hành thủy khí 45
4.2.2. Cơ cấu vitme – đai ốc 51
4.2.3. Tính toán chọn động cơ 54
5.1.1. Thiết mạch điều khiển trung tâm 56
5.1.2. Mạch điều khiển động cơ 59
5.2.1. Xây dựng thuật toán 61
5.2.2. Chương trình điều khiển 63
6.1.1. Về nghiên cứu lý thuyết 63
6.1.2. Về mặt thực hành 64
PHỤ LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
gười Việt Nam chúng ta vẫn luôn tự hào về nguồn gốc con rồng cháu
tiên, về rừng vàng biển bạc chính vì vậy mà vấn đề biển được nhà
nước và xã hội rất quan tâm. Đặc biệt nước ta đang trong thời kì hội

Trên cơ sở những gì đã học và qua tìm tòi nghiên cứu thực tế và sách vở
em đã thiết kế một mô hình xe triền và cách điều khiển để phục vụ cho công
việc nghiên cứu, học tập và cũng có thể phát triển thành sản phẩm thật có ứng
dụng cao trong thực tiễn đặc biệt là công nghiệp tàu thủy.
Em xin chân thành cảm ơn khoa hàng không vũ trụ, bộ môn cơ điện tử đã
quan tâm giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án; xin cám ơn thầy giáo Vũ Minh
Đức và các thầy trong bộ môn Cơ điện tử đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành
đồ án này. Do kiến thức còn hạn chế và kinh nghiệm thực tế không nhiều nên đồ
án còn nhiều sai sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, các
bạn sinh viên để em hoàn thành đồ án tốt hơn.
Cấu trúc của đồ án gồm 6 chương:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Tổng quan về xe triền
Chương 3: Mô hình hóa xe triền
Chương 4: Hệ thống cảm biến và chấp hành
Chương 5: Lập trình phần mền điều khiển
Chương 6: Vận hành đánh giá kêt quả
Hà Nội, ngày 10/09/2012

CHƯƠNG 1: MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU, NỘI DUNG, PHẠM VI
NGHIÊN CỨU.
Chương này nhằm giới thiệu sơ lược tính cấp thiết của đồ án, mục tiêu
cần đạt được và yêu cầu cũng như ý nghĩa của đồ án nhằm có một cái nhìn tổng
thể cho người đọc khi đọc nội dung đồ án này.
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN
Với điều kiện nền kinh tế nước ta còn nghèo nàn lạc hậu thì việc tiếp cận
với các kỹ thuật tiên tiến hiện đại là vô cùng khó khăn vì thế mà cần đòi hỏi đội
ngũ trí thức của ta phải không ngừng nâng cao cả về chất lượng và số lượng để
đáp ứng được với yêu cầu của xã hội.
Học viện kỹ thuật quân sự là một trung tâm đào tạo cán bộ kỹ thuật của

Xe triền còn khá lạ lẫm với nhiều người, những kiến thức liên quan đến
xe triền còn có hạn, chính vì vậy mà đồ án này rất có ý nghĩa.Chúng ta có thể
tham khảo và cũng có thể nghiên cứu tiếp để ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn.
1.2. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU ĐỒ ÁN
1.2.1. Mục đích
- Phải nắm bắt được một cách khá cụ thể về xe triền.
- Biết cách điều khiển và hiểu rõ nguyên lý hoạt động của loại xe này.
- Chế tạo được mô hình xe triền.
- Tính toán cụ thể các số liệu và phù hợp với thực tế.
1.2.2. Yêu cầu
Để đạt được mục đích đề ra, đồ án cần tập trung thực hiện tốt các yêu cầu
sau:
- Mô hình hóa và tính phương trình vi phân chuyển động của xe triền.
- Biết sử dụng Matlab Simulink để mô phỏng.
- Thiêt kế mạch và lập trình vi điều khiển phải nắm vững.
- Biết chế tạo và lắp ráp mô hình trong thực tế.
1.3. NỘI DUNG CỦA ĐỒ ÁN
Đồ án tốt nghiệp này nhằm chế tạo một mô hình xe triền ứng dụng trong
công nghiệp tàu thủy.
Tính toán được các yêu cầu về cơ khí và động lực học ngoài ra cũng phải
thiết kế được phần điều khiển điện để mô hình hoạt động được như mong muốn.
Mô hình tạo ra phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của đồ án và phải được
thử nghiệm thành công.
Thiết kế hệ thống nâng, hạ và bề mặt chở tàu phải tính toán hợp lý để cho
tàu được cân bằng và khi di chuyển tàu không được nghiêng ngả hay rơi khỏi
xe.
Điều đặc biệt quan tâm ở đây là cơ chế tự cân bằng và cách điều khiển
hoạt động của xe.
1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đồ án này nghiên cứu trong phạm vi nhà trường, học viện.

- Cần thiết tốn tiền cho việc gia cường triền vì lực nén bề mặt lớn ở gần
cuối triền và tốn nhiều công khi xây dựng bảo quản phần triền dưới
nước.
- Xuất hiện ứng xuất lớn trong mối ghép thân tàu.
- Cần có lòng sông rộng từ bờ này sang bờ bên kia, ít nhất 2 ÷ 2,5 lần
chiều dài khi tàu xuống nước.
- Khi vận chuyển gặp nhiều khó khăn và nguy cơ biến dạng vỏ tàu
nhiều.
Hình 2.3: Đường triền
2.2. SƠ LƯỢC VỀ XE TRIỀN
2.2.1. Định nghĩa
2.2.1.1. Định nghĩa triền tàu:
Triền tàu cũng là loại công trình nâng hạ tàu dạng mái nghiêng và là một
trong những loại công trình thuỷ công xuất hiện sớm nhất. Từ rất lâu, triền tàu
chỉ là những mặt đất nghiêng, trên đó có kê những dầm gỗ để cho tàu trượt trên
nó. Khi kéo lên cạn hoặc hạ xuống nước, và đồng thời để tiến hành sửa chữa hay
đóng mới
trên nó.
Người ta cũng dùng loại công trình này để chuyển tàu qua các đập trong
những kênh đào.Ví dụ như năm 1702, Pie đệ nhất đã sử dụng chúng để chuyển
hạm đội tàu nhỏ từ Bạch Hải đến hồ Ozenck. Dần dần với việc tăng kích thước
và trọng tải của tàu, loại công trình mái nghiêng này được cải tiến về vật liệu
xây dựng, về thiết bị và về kĩ thuật thao tác nâng hạ tàu vv và đến thế kỉ thứ 19
nó mới trở thành những công trình chuyên dụng.Triền trở thành công trình sử
dụng kết hợp nâng, hạ tàu nên được trang bị cho các nhà máy sửa chữa.
Đầu tiên, để chuyển -tàu trên mái nghiêng, người ta dùng các con lăn
bằng gỗ, sau này với đà, người ta dùng xe trượt và với triền người ta dùng xe
chở tàu bằng kim loại chạy trên đường ray.
Lần đầu tiên xe được dùng vào triền để chở tàu do Tô-mát Mooc-tôn chế
tạo và sau gọi là triền Mooc-tôn. Khoảng giữa và cuối thế kỉ 19, triền Mooc-tôn

như triền Cửa Hội, triền Ninh Bình, triền ở nhà máy đóng tàu đóng tàu Bạch
-Đằng, vv Tuy quy mô còn nhỏ bé song những người thiết kế cũng đã áp dụng
các sơ đồ của các triền hiện đại ở nước ngoài một cách sáng tạo vào điều kiện
thực tế ở Việt Nam.
2.2.1.2. Định nghĩa xe triền
Xe triền là một dạng xe chở tàu thông minh (smart ship-trolleys) có tác
dụng chở tàu và kèm theo một số chức năng khi kết hợp với các thiết bị khác
như nâng, hạ tàu dùng trong việc đóng mới và sửa chữa tàu.
Xe triền có tính linh hoạt cao trong việc vận chuyển phù hợp với những
địahình không bằng phẳng vì có một cơ chế cân bằng khá hợp lý. Khả năngthay
đổi
hướng cũng rất linh hoạt nhờ hệ thống bánh xe.
Thường trên mặt bằng có 2 tầng xe. Tầng trên chở tàu và trực tiếp đưa tàu
ra, vào bệ. Để việc nâng, hạ tàu thuận tiện, xe được chia thành nhiều đoạn, kích
thước mỗi đoạn không lớn, nên sức nâng cũng hạn chế. Vì chọn sức chở lớn thì
trọng lượng bản thân cũng rất nặng, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của xe
tầng dưới. Thực tế sức chở của mỗi xe phân đoạn có thể tới 300 - 500 tấn. Hình
(2.5) là cấu tạo một đoạn xe chạy trên bệ. Đây là loại phân đoạn ngắn, sức chở
nhỏ có thể quay bánh xe một góc 90
0
. Còn hình (2.6) là một đoạn xe có thể thay
đổi độ nghiêng của mặt phẳng. Xe tầng dưới chỉ chạy trong các đường hào cố
định, không thay đổi phương chuyển động. Xe này có kết cấu phức tạp và sức
chở rất lớn hàng vạn tấn.
Hình 2.4: Xe triền 2 tầng đang di chuyển trên đường triền để chuyển tàu vào
xưởng.
Hình 2.5: Một đoạn xe tầng trên của xe chạy trên bệ.
Hình 2.6: Cấu tạo 1 đoạn xe có thể thay đổi độ nghiêng của mặt phẳng.
Hình (2.7) là cấu tạo 1 xe tầng dưới có sức chở 6.000 T, thực chất nó là 1
cái cầu thép di động thẳng góc với tàu và có thể dừng lại trước bất kỳ 1 bệ nào.

Tàu được cập trên xe chở tàu đỡ bởi khối đỡ đáy và hông thân tàu đặt
trên xe chở tàu. Xe chở tàu được thiết kế theo từng mô đun và được lắp thành
chiều dài khác nhau để phù hợp với yêu cầu cập tàu. Một khi được cập trên xe
chở tàu và được nâng lên đến mức dịch chuyển bằng hệ thống sàn nâng, tàu có
thể di chuyển vào bờ theo hướng dọc. Xe chở tàu đươc xếp với thẳng hàng với
hệ thống ray ngang trên bờ. Kích được dùng để kích tải của bánh xe và quay bộ
bánh xe. Khi bánh chuyển sang hướng ngang, tàu được chuyển sang hướng
ngang, Việc di chuyển thông thường được dùng với xe kéo máy bay, tời hay hệ
ròng rọc.
Các mô đun xe chở tàu bổ sung phải phù hợp với thiết kế và bản vẽ hiện
tại do RRNMI cung cấp trước đó. Đặc tính hệ thống dịch chuyển được giả định
là bổ sung thêm xe chở tàu loại 1 vào cấu hình ce chở tàu giai đoạn 1 tối đa để
tạo thành tổng cộng 9 xe loại 1.Bảng dưới đây mô tả các đặc điểm của hệ thống
dịch chuyển.
Chiều dài xe chở tàu dọc 89,30 m *
Chiều rộng xe chở tàu dọc 15,0 m
Công suất 38,0 ton/m
Tổng công suất 3390 tấn
Khoảng cách ray 1,0 /8,0/ 1,0 m
Số mô đun 9
Số lượng bánh xe 72
Kích cỡ bánh xe 460 mm
Sức tải bánh xe 5,0 m
Khối lượng bánh (xấp xỉ) 49 tấn
Khoảng cách dầm (đáy tàu) 1,0 m
Khoảng cách dầm (thân tàu) 5,0 m
Khối lượng thép 175 tấn
Bảng 2.1: Mô tả hệ thống dịch chuyển
Chú thích : *-Tổng chiều dài xe chở tàu sau khi lắp các xe nhỏ (mô đun)
vào với nhau. Tổng số xe nhỏ (mô đun) sau mở rộng là 9, trong đó xe cũ là 5 (4

theo phương ngang thân tàu. Triền ngang có 1 số ưu điểm là: Triền
ngang có nhiều thuận lợi trong việc chọn kết cấu, bố trí mặt bằng nhà
máy, yêu cầu khu nước không rộng. Triền ngang thường có lực nâng
lớn hơn triền dọc vì có nhiều đường trượt. Nhưng có nhược điểm là
vốn đầu tư cao hơn. Đặc biệt nếu có dòng chảy dọc bờ thì triền ngang
khó định vị tàu hơn triền dọc. Do đó, ở các nhà máy đóng tàu sông
dùng triền ngang thích hợp hơn.
2.5. ỨNG DỤNG CỦA XE TRIỀN TRONG CÔNG NGHIỆP TÀU THỦY
Đây là một thiết bị không thể thiếu trong công nghiệp tàu thủy, nó được sử
dụng ở nhiều giai đoạn từ việc đóng mới, hạ thủy và sửa chữa tàu đều cần đến.
Một số ứng dụng chính như sau:
- Dùng để chở tàu, vận chuyển tàu để hạ thủy.
- Nâng, hạ tàu để sửa chữa.
- Vận chuyển tàu qua một số địa hình không bằng phẳng.
2.6. KẾT LUẬN
Ở chương này đã giới thiệu được tổng quan về xe triền và các sản phẩm
thực tế ở trong nước và trên thế giới. Qua đó chúng ta có thể hiểu được về các
kết cấu, ứng dụng và sự cần thiết của xe triền trong công nghiệp tàu thủy.
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA XE TRIỀN
3.1. THIẾT LẬP MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA XE TRIỀN
3.1.1. Mô hình xe triền.
Mô hình xe triền gồm: Một sàn cứng và sàn cứng này phải được tựa trên
hai cụm bánh xe (2 toa), hơn nữa các cụm bánh xe này cần phải được cấu tạo để
vừa cho phép khoảng cách từ trục cụm bánh xe đến mặt sàn có thể thay đổi
được đồng thời lại có khả năng quay quanh trục liên kết với mặt sàn. Qua tìm
hiểu thực tế tôi đã thiết kế được mô hình xe triền 2 toa với mục đích thí nghiệm
và điều khiển cân bằng cho sàn xe. Mô hình được thiết kế như hình vẽ dưới đây:
Hình 3.1: Xe triền thiết kế bằng Inventor.
Từ mô hình thực tế trên ta xây dựng được mô hình xe triền như hình vẽ
dưới đây:

góc
ϕ
thì khi đó, cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ tạo ra xung lực F
1
, F
2
tác động
lên 2 đầu sàn xe, làm thay đổi vị trí x
1
, x
2
nhằm mục đích đưa sàn xe trở lại trạng
thái ổn định theo phương ngang.
Mục đích của bài toán này là phải tìm ra một bộ điều khiển để đưa sàn xe
về trạng thái cân bằng và giữ cho sàn ổn định theo phương ngang.
Giả thiết bài toán:
- Giả thiết m = 0,5 (kg); l = 0,3 (m).
- Bỏ qua khối lượng của các cơ cấu.
- Góc lệch φ nhỏ.
- Lực F
1
, F
2
là hai lực đối ngẫu.
3.1.2. Thiết lập mô hình toán.
Có thể biểu diễn mỗi bánh xe gồm một giảm chấn và một lò xo ta có sơ
đồ của hệ thống xe triền như hình vẽ:
1
F
2


(3-1)
Trong đó:
b
i
là hệ số qui dẫn giảm chấn của cơ cấu chấp hành thứ i;
k
i
là hệ số qui dẫn của phần tử đàn hồi của cơ cấu chấp hành thứ i;
w
i
là độ mấp mô của mặt đường tại cơ cấu chấp hành thứ i;
F
i
lực tác dụng của cơ cấu chấp hành thứ i lên mặt sàn;
Biến đổi laplace ta có:
2
2
i i i i i i i i i i
m
s X b sW b sX kW k X F= − + − +
(3-2)

2
2
i i i i i i i i i i
m
s X b sX k X b sW k W F
+ + = + +
(3-3)

2 2 2 2 2
2 2 2 2
2
2 2
2
b sW k sW F
G X W W
m
s b s k
+ +
= + = +
+ +
(3-6)
Giả sử độ nghiêng của sàn xe nhỏ ta có:
1 2
G G l
− = ϕ
suy ra phương trình vi
phân chuyển động của hệ thống là:
( )
1 2
1
G G
l
ϕ = −
(3-7)
1 1 1 1 1 2 2 2 2 2
1 2
2 2
1 1 2 2

1 2
2 2
1
0.3 0.25 0.25
F F
W W
s s
 
ϕ = + − −
 ÷
 
(3-9)
3.1.3. Mô hình hóa động cơ điện 1 chiều.
Sơ đồ mạch điện phần ứng của động cơ điện một chiều như sau:
Hình 3.5.Sơ đồ động cơ điện một chiều
Mô men xoắn của động cơ, T phụ thuộc vào dòng điện phần ứngi bởi hệ
số
t
K
. Sức điện động e phụ thuộc vận tốc góc theo biểu thức sau:
t
e
T K i
E K
θ
=
=
&
Áp dụng định luật Newton và định luật Kirchhoff ta có hệ phương trình vi
phân sau:

J b kF
k k
L F R F V K
K K
θ θ
θ

+ =


+ = −


&& &
&
&
(3-11)
• Hàm truyền của động cơ điện DC:
Biến đổi Laplace biểu thức (3-11) ta được:
2
( ) ( )
( )
e
t t
Js s bs s kF
k k
L sF R F V K s s
K K
θ θ
θ

θ
=
&
với
t
T K i
=
suy ra:
t
P K i
θ
=
&
(*)
Mặt khác, động cơ 1 chiều cũng là một máy điện nên ta có:
P Ei
=
ở đây E là suất điện động cảm ứng sinh ra trong động cơ và
e
E K
θ
=
&
do đó ta có:
e
P K i
θ
=
&
(**)

+
=
+ +
(3-15)
3.2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN XE TRIỀN.
3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển.
Các tín hiệu tác động trong hệ thống:
• Tín hiệu vào: là góc R= 0
0
tức là sàn xe luôn ổn định theo phương
ngang khi xe lên hoặc xuống dốc.
• Tín hiệu ra: là góc
ϕ
của sàn xe khi xe di chuyển vào địa hình mấp
mô.
• Tín hiệu điều khiển động cơ là u
1
, u
2
.
• Tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng là: F
1
, F
2
.
• Tín hiệu phản hồi: là góc
ϕ
.
3.2.2. Chọn bộ điều khiển PID.
3.2.2.1. Lý do chọn bộ điều khiển PID.