ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT BA BẬC TỰ DO

TÍCH VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC ĐỀ TÀI

Tổng quan về đề tài

1) Khái niệm và nguyên lý hoạt động của Robot

Thuật ngữ “Robot” lần đầu tiên xuất hiện trong vở kịch "Rosum’s Universal Robots" của Karel Capek, được xuất bản vào năm 1921 Điều này đã mở ra một hướng đi mới cho các nhà sáng chế kỹ thuật, khuyến khích họ phát triển các cơ cấu và máy móc có khả năng mô phỏng hoạt động của con người.

Robot công nghiệp hiện đại được phát triển từ hai lĩnh vực kỹ thuật cổ điển: các hệ thống điều khiển từ xa (Teleoperator) và máy công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled Machine Tool).

 Robot là thiết bị linh hoạt phục vụ con người

– Có hình dạng (cơ cấu) gần giống tay người

– Có khả năng thao tác tự động

– Có khả năng bắt chước thao tác con người

Bùi Văn Mạnh – KT Cơ Điện tử 03-k60 Page 6

 Các bộ phận chính của cánh tay robot

– Hệ thống điều khiển theo chương trình có khả năng lập trình linh hoạt

– Hệ thống thông tin giám sát

• Tay máy hoạt động được nhờ các động cơ thông qua các bộ truyền như: hộp giảm tốc bánh răng, bánh răng - thanh răng, trục vít, khí nén, …

• Kết cấu tay robot vững chắc, hoạt động tin cậy, dễ dàng đạt đến vị trí của vật thể được tác động

2) Một số ứng dụng của robot

- Lắp ráp và thử nghiệm các chi tiết khác nhau, lắp ráp các linh kiện điện tử

- Kiểm tra bảng PC, tự động làm sạch các thành phần mạch

- Ứng dụng tự động trong y tế

Phân tích các thông số kỹ thuật Robot

II PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ROBOT

1) Các thành phần kết cấu của Robot

Tay robot có 3 bậc tự do, thiết kế cơ khí dạng 3 khớp xoay

 Thân robot: Là khâu cố định,đặt thẳng đứng giữ robot cố định khi làm việc, gắn với khâu động 1 qua khớp xoay 1 với trục z01 thẳng đứng

Khâu dẫn động nằm ngang được bố trí vuông góc với trục thẳng đứng, cho phép robot hoạt động linh hoạt Trong suốt quá trình làm việc, khâu này có khả năng quay quanh trục Z0 thông qua khớp xoay 1, đảm bảo hiệu suất cao trong các tác vụ.

 Khâu 2: Khâu động có khả năng xoay trong mặt phẳng chứa trục Z0

 Khâu 3: Giống như khâu 2 , có khả năng quay trong mặt phẳng chứa trục

 Khớp xoay 1 : hệ bánh răng(hộp giảm tốc), truyền động đai…

 Khớp xoay 2 , 3 : truyền động bánh răng vi sai ăn khớp

 Động cơ truyền động : Servo , Step

 Sử dụng hộp giảm tốc , biến tần hoặc PWM để điều khiển tốc độ

 Dùng biến tần kết nối với PLC

 Dùng các mạch nguyên lý như mạch băm xung PMW

 Dùng các Driver để điều khiển : WHD24

Hình 2: Các thông số kỹ thuật của Robot 3 DOF RRR

3) Phân tích nguyên lý hoạt động

Khâu 1: Khâu động quay quanh trục thẳng đứng

Khâu 2: Khâu động quay quanh trục nằm ngang vuông góc với khâu 1

Khâu 3: Khâu thao tác quay quanh trục nằm ngang vuông góc khâu

Tính toán quỹ đạo chuyển động

Bảng D-H

Bảng 1: Các tham số Denavit-Hartenberg

 θ1 , θ2 , θ3 là các biến , góc quay theo thời gian của các khớp

 d1 , a2 , a3 là các góa trị hằng số , là độ dài của các khâu đã chọn ở bên trên :

Ta có dạng tổng quát của ma trận Denavit – Hartenberg cho các khâu : i-1Ai −

Ta có các ma trận DH:

Trong đó cθ1=cosθ1 ; sθ1=sinθ1 tương tự đối với các góc θ3.

Thiết lập các phương trình động học Robot

Từ các ma trận (2.1) và (2.2) ta xác định được ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất của hệ Ox3y3z3 so với hệ cố định Ox0y0z0 là :

Ma trận 0 A3 xác định hướng và vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định, đồng thời chỉ ra vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động gắn vào khâu tại điểm tác động cuối trong hệ cố định Điều này cũng được biểu diễn thông qua các biến khớp qi.

Khi đó ma trận (2.8) được kí hiệu thành : 0 A3(q)

Sử dụng các góc Cardan để xác định hướng của vật rắn, trong đó [xE, yE, zE] là các giá trị mô tả trục vị trí và hướng của điểm tác động cuối E so với hệ tọa độ cố định Do các tọa độ này phụ thuộc vào thời gian, nên chúng ta cần biểu diễn chúng theo hàm thời gian.

 0 RE là ma trận Cardan

 0 rE là vec tơ mô tả vị trí của điểm tác động cuối trong hệ tọa độ

Ma trận 0 A4 (q) thể hiện vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định thông qua biến khớp qi, trong khi ma trận 0 AE (t) mô tả vị trí và hướng của khâu thao tác dựa trên hệ tọa độ của chính nó Trong bài viết này, chúng ta sẽ sử dụng các góc Cardan để phân tích.

Từ đó ta có phương trình động học Robot có dạng :

Từ các hệ thức (2.7) , (2.8) ,(2.9),(2.10) ta xây dựng được hệ 6 phương trình độc lập như sau :

Bài toán động học thuận

Bài toán động hoc thuận : q = [ , , 3 ] T , ̇ = [ ̇ , ̇ , ̇ ] T

Ta cần xác định tọa độ điểm tác động cuối E =[xE , yE , zE] và hướng của hệ cuối trong hệ cơ sở

Từ hệ các phương trình độc lập bên trên ta có điểm tác động cuối :

Ta có hướng của khâu thao tác cuối được biểu diễn bởi ma trận :

Từ đó ta có thể tính được vận tốc và gia tốc khâu thao tác :

• Vận tốc điểm thao tác cuối : vE = 0 ̇ (t) −( s1 + a1 ) ̇ − ( c1 + a1 ) ̇ − ̇ ( c1 + a1 ) ̇ − ( s1 + a1 ) ̇ − ̇

Mà VE = JTE ̇ nên ta có ma trận Jacobi tịnh tiến :

• Gia tốc điểm thao tác cuối aE = 0 =̇ J̇ ̇ + JTE ̈

Các biến khớp θ1,θ2, 3 là các biến phụ thuộc thời gian t

Theo yêu cầu đề bài góc quay các khớp : 135˚ x 270˚ 270˚

Ta chọn quy luật chuyển động cho các khớp:

- θ3=[0; ] Đơn vị của góc quay là rad và khoảng tịnh tiến là mm

Số liệu đề bài cho chiều dài các trục d1$0;a250;a325

*Tính vận tốc góc các khâu trong hệ tọa độ cơ sở:

 Ma trận cosin chỉ hướng của từng khâu

 Ma trận chuyển vị của các khâu

 Đạo hàm của ma trận cosin chỉ hướng

 Tìm được ma trận sóng ω = Ṙ R

Từ các ma trận 0 A1, 0 A2, 0 A3, 0 A4 đã tìm được ta tìm được các ma trận cosin chỉ hướng sau:

0 (2.17) Tính đạo hàm của các ma trận cosin chỉ hướng:

Từ đó tìm được các ma trận sóng: ω = 0 R1̇ 0R1 T 0 −θ̇ 0 θ̇ 0 0

Từ ma trận sóng ta suy ra các ma trận vận tốc góc: ω 0

3 ⎦⎥⎥⎥⎤ Tính gia tốc góc của từng khâu:

Thay các giá trị , , và các thông số d1$0;a250;a325 ta được biểu thức của xE , yE , zE :

 XE 25cos( 3 )cos( 2 )+ 350cos( 3 )cos( )

 YE 25sin( 3 )cos( 2 )+ 350sin( 3 )cos( )

Bùi Văn Mạnh – KT Cơ Điện tử 03-k60 Page 17 Đồ thị xE theo thời gian t Đồ thị yE theo thời gian t

Bùi Văn Mạnh – KT Cơ Điện tử 03-k60 Page 18 Đồ thị zE theo thời gian t

Không gian thao tác của robot

Bài toán động học ngược

Trong quá trình lập trình robot, việc xác định tọa độ của khâu thao tác là rất quan trọng Để thực hiện nhiệm vụ này, cần tính toán các thông số tọa độ của khớp Đây là một bài toán phổ biến trong lĩnh vực robot, đặc biệt khi robot hoạt động trong môi trường thực tế.

Bùi Văn Mạnh - KT Cơ Điện tử 03-k60, trang 19, trong ngành công nghiệp, thường có các vùng làm việc được xác định rõ ràng Nhiệm vụ của kỹ sư là tính toán và thiết kế cách chuyển động của các khớp để đáp ứng các yêu cầu công việc một cách hiệu quả.

Thường giải bài toán này bằng 2 phương pháp:

Nhóm chọn giải bằng phương pháp giải tích vì phạm vi đề bài nhỏ

Nghiệm của bài toán động học ngược robot là nghiệm của hệ phương trình:

Với R= và E= [ ] và hệ 6 phương trình :

Ta có hệ phương trình sau

Ta bình phương (*) và (**) cộng 2 vế với nhau :

Ta lại bình phương 2 phương trình của hệ trên rồi cộng lại với nhau

( + ) + a3 = ± + a3 + ( + a2) = − Đây là hệ phương trình bậc nhất 2 ẩn sθ , cθ và đặt

Thế θ và vào (*) và (**) ta suy ra :

Bài toán tĩnh học

Tính toán lý thuyết

Tính các phản lực,ngẫu lực tác dụng lên các khớp của robot để robot đạt trạng thái cân bằng khi không chuyển động

Trong đó (chiếu trong hệ tọa độ thứ i) :

 i F i,i-1 : lực tác dụng từ khâu i-1 sang khâu i tại Oi-1

 i F i+1,i : lực tác dụng từ khâu I sang khâu i+1 tại Oi

 i M 1,i-1 : momen lực tác dụng từ khâu i-1 sang khâu i

 i M i+1,i : momen lực tác dụng từ khâu i sang khâu i+1

 - i F i+1,i : lực tác dụng từ khâu i+1 sang khâu i tại Oi

 - i M i+1,i : momen lực tác dụng từ khâu i+1 sang khâu i

 ⃗ : vector có gốc tại Oi,mút tại Oi-1

 ⃗ : vector có gốc tại Oi,mút tại Ci Để đạt điều kiện cân bằng thì :

Trong đó các ma trận sóng ( ma trận đối xứng lệch ) của các vecto định vị điểm đặt lực : i =

Ta xét bài toán tĩnh học trong hệ tọa độ cơ sở a) Phương trình lực tác dụng tại khớp O3 của khâu 3 là :

Giả sử các thanh đồng chất, khối tâm nằm ở chính giữa các thanh

Thay các đại lượng trên vào phương trình ta có:

; Thay các đại lượng trên vào phương trình ta có:

; Thay các đại h ta có:

Thay số liệu thực tế

Khâu a i (mm) d i (mm) Khối lượng m i

Bài toán động lực học

Cơ sở lý thuyết

Ở đây nghiên cứu về phân tích động lực học bao gồm :

 Động lực học thuận (direct dynamics) khảo sát tính toán các đại lượng đặc trưng cho chuyển động dưới tác dụng của lực đã xác định

 Động lực học ngược ( inverse dynamics) khảo sát tính toán các lực dẫn động để robot thực hiện được chuyển động thao tác theo quy luật đã xác định

 Thiết lập phương trình Lagrange cho hệ nhiều vật rắn

Vị trí của mỗi vật thể Bi trong hệ quy chiếu cơ sở R0 (Ox0y0z0) được xác định thông qua vector xác định khối tâm và ma trận cosin chỉ hướng rci = rci(q).

 Trạng thái vận tốc của vật rắn Bi được xác định bởi vận tốc khối tâm vci và vận tốc góc của nó ωi

Với v ci = dr ci = ∂r ci

Tính được các ma trận Jacobi :

Vận tốc khối tâm vật rắn và vận tốc góc : v ci = J Ti ̇ ; = J Ri ̇ (*) Động năng của hệ gồm n vật rắn :

Trong đó I là ma trận tenxo quán tính của vật rắn thứ i với khối tâm Ci của nó trong hệ tọa độ cơ sở

T= ∑ [m i (J Ti )̇ T J Ti ̇ + (J Ri ̇ ) T i J Ri ̇ ] = ̇ T ∑ (m i J TiT J Ti + J RiT i J Ri ) ̇

Bùi Văn Mạnh – KT Cơ Điện tử 03-k60 Page 29 Đặt M(q)= ∑ (m i J TiT J Ti + J RiT i J Ri ) ta có :

 q i -Tọa độ suy rộng thứ i

 Q i - Lực suy rộng của các lực không thế ứng với tọa độ suy rộng qi

 U i -Lực/momen điều khiển ứng với tọa độ suy rộng qi

Dạng ma trận của phương trình Lagrange loại 2 :

Thiết lập phương trình động học

Các tọa độ suy rộng là :

Từ phần mềm ta suy ra được tọa độ trọng tâm theo hệ tọa độ khâu :

Khâu Vị trí trọng tâm so với tọa độ gắn trên khâu

Momen quán tính khối từng khâu x Gi y Gi Z Gi I xx I yy I zz I xy I xz I yz

Bảng 2:Thông số vị trí khối tâm,khối lượng và momen quán tính của các khâu

Với khâu 1 : xc1= -82.33 ; yc1 = -172,1 , zc1 ≈ 0

Coi các khâu được chế tạo từ vật rắn đồng chất và đối xứng, ta có I xy, I xz, I yz = 0 Vị trí và hướng của hệ tọa độ Cixciycizci với gốc là ci được biểu diễn trong hệ tọa độ cơ sở thông qua ma trận xác định.

 0 A – ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất của từ khâu i sang khâu 0

 i A ci – ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất của hệ tọa độ Cixciycizci biểu diễn trong khâu i

Từ công thứ (5.1) ta có :

*Ma trận tenxo quán tính của khâu i đối với khối tâm Ci trong hệ tọa độ động gắn với khâu i

Hệ tọa độ động C1x1y1z1 c1xx c1xy c1xz 1x

1 c1yx c1yy c1yz 1y c1zx c1zy c1zz 1z

Tọa độ của khối tâm C1 :

; Xác định ma trận Jacobi tịnh tiến

Ma trận ten xơ quán tính của khâu đối với khối tâm C2 trong hệ tọa độ động

2 c2 c2yx c2yy c2yz 2y c2zx c2zy c2zz 2z

+Tọa độ của khối tâm c2

; +Ma trận Jacobi tịnh tiến

Ma trận tenxo quán tính của khâu đối với khối tâm C3 trong hệ tọa độ C3x3y3z3 c3xx c3xy c3xz 3x

3 c3 c3yx c3yy c3yz 3y c3zx c3zy c3zz 3z

+Tọa độ của khối tâm C3 :

; +Ma trận tịnh tiến Jacobi

 M(q)=M 1 (q)+M 2 (q)+M 3 (q) c Sau khi xác định được M(q) ta có biểu thức động năng

Thay số vào ta được :

Xác định biểu thức thế năng :

Trong quá trình tính toán các lực suy rộng của các lực không thế, robot gắp vật cần bỏ qua ảnh hưởng của ngoại lực và lực ma sát cản trở chuyển động Lực suy rộng chỉ chịu tác động của trọng lực của phôi lên khâu 3, với hướng thẳng đứng hướng xuống dưới.

Do F= 0 và M = 0 nên ta có :

Vậy ta có phương trinh dưới dạng ma trận

Từ đó giải được hệ phương trình đại số :

Kiểm nghiệm bền

Vật liệu của robot là thép có [ ] = 6 10

Trong quá trình mô phỏng lực và momen tác động lên các khâu của robot bằng phần mềm SolidWorks, chúng tôi đã thu được kết quả về ứng suất ảnh hưởng đến các khâu.

 Ứng suất lớn nhất tác dụng lên khâu 1 là: 9.10 3

 Ứng suất lớn nhất tác dụng lên khâu 2 là: 9,2.10 4

 Ứng suất lớn nhất tác dụng lên khâu 3 là: 1,9.10 4 Ứng suất lớn nhất tác dụng vào các khâu là 9,2 10 < [ ] = 6 10 => Các khâu đủ bền

Thiết kế quỹ đạo chuyển động của Robot

Khái niệm, yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế quỹ đạo

Việc thiết kế quỹ đạo chuyển động cho khâu thao tác của Robot theo các tiêu chuẩn công nghệ là rất quan trọng Mục tiêu chính là tạo ra bộ tham số đầu vào cho hệ thống điều khiển, nhằm đảm bảo Robot thực hiện quỹ đạo đã được lập trình một cách chính xác.

Có hai kỹ thuật thiết kế quỹ đjao chính là :

 Thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp

 Thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác

Yêu cầu bài toán :thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian thao tác với luật chuyển động là hàm bậc 3 theo theo biến thời gian t

Không gian làm việc của Robot

Từ các thông số của Robot :

 Chiều dài các khâu là : L1 = 240mm ; L2 = 350 mm ; l3 = 325 mm

 Giới hạn các góc khớp : q1 [0; 3 2 ] rad q2 [0 ; 2 3 ] rad q3 [0; 2 3 ]rad.

Thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp

Trong chuyển động từ điểm này đến điểm khác, có thể không cần thiết phải chú ý đến các điểm trung gian Kỹ thuật thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp thường được áp dụng trong trường hợp này Việc thiết kế quỹ đạo yêu cầu xây dựng các hàm phụ thuộc vào thời gian cho các biến khớp, cùng với các đạo hàm bậc nhất và bậc hai của chúng Qua đó, chuyển động cần thiết của Robot được mô tả một cách rõ ràng.

Ban đầu, robot bắt đầu từ vị trí gắp vật và di chuyển lên theo trục Z một đoạn ngắn để đến vị trí khâu cuối Sau đó, robot thực hiện thao tác bằng cách di chuyển theo nửa cung để hoàn thành quy trình.

Bùi Văn Mạnh – KT Cơ Điện tử 03-k60, trang 42, mô tả quy trình robot di chuyển đến vị trí đặt phôi Cuối cùng, robot hạ điểm thao tác theo trục Z đến vị trí mong muốn và thả vật.

Chọn phương án dịch chuyển các khâu sao cho các tọa độ khớp qk (k

= , …)là các đa thức bậc 3 của thời gian như sau :

Gọi qi0 và qie lần lượt là vị trí đầu và vị trí cuối của quỹ đạo Thời gian dịch chuyển từ vị trí đầu đến vị trí cuối được ký hiệu là t i, trong khi t e là tổng thời gian chuyển động từ vị trí O và quay trở lại vị trí O.

Vận tốc điểm đầu và điểm cuối quỹ đạo chọn bằng 0

- Áp dụng công thức để tính các hệ số trong pt (1) cho từng đoạn quỹ đạo chuyển động: a i0 = q i0 a i1 = 0 a i2 = ( ) a i3 = ( )

+ Phương trình vận tốc cho từng đoạn quỹ đạo: ̇ = + 2 + 3 + Phương trình gia tốc cho từng đoạn quỹ đạo: ̈ = 2 + 6 b) Ví dụ cụ thể

Quá trình chuyển động gồm 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: robot đi từ A(300,400,200) tới điểm B(300,400,500) với quỹ đạo là đường thẳng

+ Giai đoạn 2: robot đi từ B(300,400,500) tới điểm C(300,-400,500) với quỹ đạo là đường tròn tâm H(100,0,500) ,bán kính R = √200 + 400 = 200 5 (mm)

+ Giai đoạn 3:robot di từ C(300,-400,500) tới D(300,-400,200) với quỹ đạo là đường thẳng

Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian thao tác :

 Giai đoạn 1: robot đi từ A(300,400,200) tới điểm B(300,400,500) với quỹ đạo là đường thẳng

• Chọn thời gian di chuyển : t1 = 2s

= + − ̇ = − ̈ = − Đồ thị quỹ đạo , vận tốc , gia tốc theo thời gian gđ 1

 Giai đoạn 2: robot đi từ B(300,400,500) tới điểm C(300,-400,500) với quỹ đạo là đường tròn tâm H(100,0,500) ,bán kính R = √200 + 400 = 200 5 (mm)

• Quãng đường di chuyển(độ dài cung): q = 2r.arctan (2)

Bùi Văn Mạnh – KT Cơ Điện tử 03-k60 Page 46 Đồ thị quỹ đạo , vận tốc , gia tốc theo thời gian gđ 2

 Giai đoạn 3:robot di từ C(300,-400,500) tới D(300,-400,200) với quỹ đạo là đường thẳng

= − + ̇ = − + ̈ = − + Đồ thị quỹ đạo , vận tốc , gia tốc theo thời gian gđ 3

Xây dựng mô hình toán và điều khiển động cơ

Giới thiệu chung

1 Động cơ bước là gì? Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết

Động cơ bước là sự kết hợp của hai loại động cơ: động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ Cấu tạo của động cơ bước cho phép nó hoạt động với độ chính xác cao và kiểm soát vị trí tốt, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong công nghiệp và tự động hóa.

2 Hoạt động Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

Trong lĩnh vực điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước đóng vai trò là một cơ cấu chấp hành hiệu quả, bởi vì nó có khả năng thực hiện chính xác các lệnh được cung cấp dưới dạng số.

Động cơ bước là một phần quan trọng trong ngành Tự động hoá, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị yêu cầu độ chính xác cao Chúng đóng vai trò thiết yếu trong việc điều khiển robot, điều chỉnh tiêu cự trong hệ quang học, xác định vị trí trong các hệ quan trắc, cũng như trong việc theo dõi mục tiêu trong các thiết bị quan sát Ngoài ra, động cơ bước còn được ứng dụng trong các thiết bị gia công cắt gọt và điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay.

Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in

Điều khiển động cơ bước

Trong phạm vi đồ án này, nhóm điều khiển động cơ bước dựa trên phương pháp “Điều chế độ rộng xung”

1 Giới thiệu phương pháp điều khiển tần số , băm xung cho động cơ step Điều chế độ rộng xung (tiếng Anh: Pulse-width modulation (PWM)), hay Điều chế thời gian xung (tiếng Anh: pulse-duration modulation (PDM)), là một kỹ thuật điều chế được sử dụng để mã hóa một thông điệp thành một tín hiệu xung Mặc dù kỹ thuật điều chế này có thể được sử dụng để mã hóa thông tin để truyền tải, việc sử dụng chính của nó là cho phép điều khiển nguồn điện cung cấp cho các thiết bị điện, đặc biệt là để tải quán tính như động cơ Ngoài ra, PWM là một trong hai thuật toán chính được sử dụng trong bộ sạc pin quang điện năng lượng mặt trời, thuật toán kia là giám sát điểm công suất cực đại

Giá trị trung bình của điện áp và dòng điện cung cấp cho tải được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ đóng cắt giữa nguồn và tải Thời gian đóng dài hơn thời gian cắt sẽ dẫn đến tổng công suất cung cấp cho tải tăng cao.

Tần số đóng cắt PWM cần phải cao hơn tần số ảnh hưởng đến tải để đảm bảo dạng sóng cung cấp cho tải được mịn màng Tốc độ hoặc tần số đóng cắt có thể thay đổi tùy theo loại tải và ứng dụng cụ thể.

Việc đóng cắt trong các thiết bị điện được thực hiện với tần suất khác nhau, như nhiều lần mỗi phút cho bếp điện, 120 Hz cho dimmer đèn sợi đốt, vài kiloHertz (kHz) đến hàng chục kHz cho bộ điều khiển động cơ, và khoảng vài chục đến vài trăm kHz cho các bộ khuếch đại âm thanh và nguồn máy tính.

Chu kỳ làm việc là tỷ lệ giữa thời gian "bật" và thời gian "tắt" của thiết bị, với chu kỳ thấp tương ứng với công suất thấp do nguồn điện bị cắt trong phần lớn thời gian Chu kỳ làm việc được biểu thị bằng phần trăm, trong đó 100% là trạng thái bật hoàn toàn Một trong những ưu điểm chính của điều chế độ rộng xung (PWM) là tổn hao công suất trên thiết bị chuyển mạch rất thấp, vì khi khóa chuyển mạch tắt, không có dòng điện nào đi qua, và khi bật, nguồn sẽ được cung cấp cho tải mà không gây sụt áp đáng kể Tổn hao công suất, được tính bằng tích của điện áp và dòng điện, gần như bằng không trong cả hai trường hợp Hơn nữa, PWM cũng tương thích tốt với điều khiển kỹ thuật số, cho phép dễ dàng thiết lập chu kỳ làm việc mong muốn nhờ vào tính chất bật/tắt của nó.

PWM đã được áp dụng trong nhiều hệ thống truyền thông, trong đó chu kỳ làm việc của nó đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải thông tin qua các kênh truyền thông.

2 Nguyên lý Điều chế độ rộng xung sử dụng một sóng xung hình chữ nhật có độ rộng được điều chế dẫn đến sự biến thiên của giá trị trung bình của dạng sóng Nếu chúng ta xem xét một sóng xung ( ), với chu kỳ , giá trị thấp , giá trị cao , và chu kỳ làm việc D (xem hình 1), giá trị trung bình của dạng sóng đó được cho bởi:

Hình 1: một sóng xung, thể hiện các định nghĩa của , và D

Vì ( ) là một sóng xung, giá trị của nó là trong khoảng <

Tiêu đề	Thiết Kế Và Điều Khiển Robot Ba Bậc Tự Do
Tác giả	Bùi Văn Mạnh
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Kiên Trung
Trường học	Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Cơ Điện Tử
Thể loại	Đồ án
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	2,08 MB