Tài liệu bao gồm File Doc + PPT Báo cáo môn học hệ thống cơ điện tử thông minh _ĐỀ TÀI: MODELING OF ACTUATORS, SENSOR AND ELECTRONIC CIRCUITS Tóm tắt đề tài Đề tài nghiên cứu về mô hình hóa các hệ thống trong cơ điện từ gồm • Mô hình hóa hệ thống truyền động cơ khí • Mô hình hóa hệ thống cảm biến • Mô hình hóa hệ thống điện Cơ sở xây dựng các mô hình của hệ thống được dựa trên mô hình Bond Graph Đồ thị Bon Graph là một tập hợp các phần tử đa cổng được kết nối với nhau. Theo nghĩa chung, nó là một đồ thị tuyến tính có các nút là các phần tử đa cổng và các nhánh của chúng là các liên kết. Đặc điểm chính của mô hình đồ thị trái phiếu là biểu diễn (bằng một liên kết) trao đổi là sản phẩm của các tổng quát hóa (e: efforts) và các luồng tổng quát hóa (f: flows) với các yếu tố tác động giữa các biến này và cấu trúc mối nối (ràng buộc đại số) để tái tạo tổng thể mô hình như các hệ thống con được kết nối với nhau. Các biến công suất là dòng tổng quát và các biến nỗ lực tổng quát như được phát triển bên dưới.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NƠI VIỆN CƠ KHÍ ====0O0==== BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỀ TÀI: MODELING OF ACTUATORS, SENSOR AND ELECTRONIC CIRCUITS Giảng viên giảng dạy:TS Hoàng Hồng Hải Học Viên : Đỗ Xuân Vương MSHV : 20202905M Lớp : Hệ Thống Cơ Điện Tử Thông Minh Tóm tắt đề tài - Đề tài nghiên cứu mơ hình hóa hệ thống điện từ gồm Mơ hình hóa hệ thống truyền động khí Mơ hình hóa hệ thống cảm biến Mơ hình hóa hệ thống điện - Cơ sở xây dựng mơ hình hệ thống dựa mơ hình Bond Graph - Đồ thị Bon Graph tập hợp phần tử đa cổng kết nối với Theo nghĩa chung, đồ thị tuyến tính có nút phần tử đa cổng nhánh chúng liên kết Đặc điểm mơ hình đồ thị trái phiếu biểu diễn (bằng liên kết) trao đổi sản phẩm tổng quát hóa (e: efforts) luồng tổng quát hóa (f: flows) với yếu tố tác động biến cấu trúc mối nối (ràng buộc đại số) để tái tạo tổng thể mơ hệ thống kết nối với Các biến cơng suất dịng tổng quát biến nỗ lực tổng quát phát triển bên MỤC LỤC Chương 1: Khải niệm hệ thống điện tử, mơ hình hóa hệ thống khí ……………………………………………………………… I Khái niệm điện tử……………………………………… II Ý nghĩa mơ hình hóa hệ thống Cơ điện tử………… III Khái niệm đồ thị Bond Graph…………………………………3 Chương Mơ hình hóa truyền động, cảm biến mạch điện tử… I.1 I.2 I.3 I.4 Khái niệm hệ thống truyền động…………………… .10 Mơ hình hóa hệ thống truyền động……………………10 Mơ hình hóa hệ thống điện……………………………16 Mơ hình hóa hệ thống cảm biến…………………… 21 Chương Kết Luận tài liệu tham khảo…………………………… 32 Chương 1: Khái Niệm Cơ Điện Tử, Mơ Hình Hóa Các Hệ Thống Cơ Khí, Cảm Biến Và Điện I Khái niệm điện tử: - Cơ điện tử hệ thống cấu máy có thiết bị điều khiển lập trình có khả hoạt động cách linh hoạt Ứng dụng sinh hoạt, công nghiệp, lĩnh vực nghiên cứu như; máy lạnh, tủ lạnh, máy giặt, máy chụp hình, modul sản xuất linh hoạt, tự động hóa q trình sản xuất thiết bị hổ trợ nghiên cứu thiết bị đo hệ thống kiễm tra … - Hệ thống điện tử lĩnh vực đa ngành khoa học kỹ thuật hình thành từ ngành kinh điển như: Cơ khí, kỹ Thuật Điện – Điện tử khoa học tính tốn tin học Trong tổng hợp hệ thống mơn học Truyền Động Điện, Truyền Động Cơ, Thủy-Khí, Đo Lường Cảm Biến, Kỹ Thuật Vi Xử Lý, Lập II Ý nghĩa mơ hình hóa hệ thống điện tử - Một bước thách thức thiết kế phân tích hệ thống điện tử tạo mơ hình máy tính để phân tích điều khiển, thiết kế chẩn đốn, lựa chọn / định vị cảm biến định cỡ truyền động Mơ hình hóa nhiệm vụ khó khăn đặc biệt hệ thống điện tử Thật vậy, hệ thống điện tử chịu chi phối nhiều tác động ngành kỹ thuật khác (cơ, điện, khí nén, nhiệt, v.v.) thành phần công nghệ khác (cảm biến, điều khiển, cấu chấp hành, chuyển đổi, v.v.) Đây lý mô hình hóa đồ thị Bon Graph cách tiếp cận thống phù hợp để mơ hình hóa chúng Đối với nhiệm vụ mơ hình hóa, phương pháp luận cho phép, (không phụ thuộc vào chất vật lý hệ thống nghiên cứu), xác chất đồ họa nó, hiển thị trao đổi quyền lực hệ thống, bao gồm lưu trữ, tản nhiệt biến đổi Mơ hình đồ thị liên kết tinh chỉnh cách thêm nhiều yếu tố đồ họa hiệu ứng ma sát, độ cứng mà không cần phải bắt đầu lại từ đầu Do tính phức tạp chúng, hệ thống điện tử cần cách tiếp cận có cấu trúc để thể q trình mơ hình hóa bước theo cách phân cấp cách sử dụng ngôn ngữ thống Bằng cách này, bốn mức mơ hình biểu diễn mơ hình đồ thị Bond Graph III Khái niệm đồ thị Bond Graph: - Đồ thị Bon Graph tập hợp phần tử đa cổng kết nối với Theo nghĩa chung, đồ thị tuyến tính có nút phần tử đa cổng nhánh chúng liên kết Đặc điểm mơ hình đồ thị trái phiếu biểu diễn (bằng liên kết) trao đổi sản phẩm tổng quát hóa (e: efforts) luồng tổng quát hóa (f: flows) với yếu tố tác động biến cấu trúc mối nối (ràng buộc đại số) để tái tạo tổng thể mơ hệ thống kết nối với Các biến cơng suất dịng tổng qt biến nỗ lực tổng quát phát triển bên III.1 Các phần tử có đồ thị Bond Graph: - Trong ngôn ngữ đồ thị liên kết, hai phần tử tích cực (cụ thể nguồn) (Se Sf), ba phần tử bị động tổng quát (I, C R), hai điểm nối (0 1) hai chuyển đổi (TF GY) sử dụng để mơ hình hóa q trình lượng Khi trao đổi nguồn điện không đáng kể nguồn điện lấy từ số nguồn bên ngồi khơng có mơ hình (ví dụ: mạch bể khuếch đại), sau biểu diễn liên kết thơng tin có đầy đủ mũi tên để hiển thị hướng áp đặt thông tin Mũi tên đầy đủ Bond Graph thơng tin (cịn gọi trái phiếu kích hoạt) đại diện cho tín hiệu truyền cảm biến, tích hợp, tổng thành viên, v.v Có chín phần tử đa cổng bản, nhóm thành bốn loại theo đến đặc điểm lượng chúng Các yếu tố định nghĩa chúng tóm tắt Bảng Các giao điểm phần tử hai cổng (1, 0, TF GY) xác định ràng buộc mơ hình Những ràng buộc thường quan hệ bảo tồn phương trình cân lực mô men, ràng buộc động học, điện áp Kirchoff luật hành, v.v Các quan hệ ràng buộc phụ thuộc vào miền mơ hình hóa Các nguồn kích thích hệ thống Các phần tử thụ động (I, C R) mơ hình động học tích trữ tiêu tán lượng tiềm Năng lượng trao đổi phân đoạn khác hệ thống thông qua điểm nối Bảng 1: bảng phần tử đồ thị Bon Graph mơ hình hóa hệ thống - Se: hàm thời gian khơng phụ thuộc vào dòng chảy f yêu cầu máy bơm áp lực, nuồn nhiệt độ, máy phát điện áp, nguồn nhiệt độ, trọng lực , Hình 1: Mơ hình hệ thống xe chịu lực keo Sf nguồn vào - Sf: cung cấp dòng chảy độc lập với nỗ lực (e) cần thiết máy phát dòng điện, vận tốc áp đặt học bơm thủy lực tĩnh điều khiển với tân số quay không đổi, tromg lưu lựng thể tích thực tế khơng phụ thuộc vào áp xuất ngược lại Hình Ví dụ thành phần Sf - TF: phần tử đồ thị liên kết hai cổng bảo thủ có quy mô giống biến công suất, biến đổi lượng từ miền sang miền khác Các quan hệ cấu thành liên kết đại số nỗ lực đầu vào đầu luồng đầu vào đầu Nỗ lực cổng thứ tỷ lệ với nỗ lực cổng thứ hai lưu lượng cổng thứ hai tỷ lệ với lưu lượng cổng với số tỷ lệ Hình Các ví dụ phần tử TF: a máy biến áp điện, b piston thủy lực c cần khí - GY: Phần tử Gyrator, ký hiệu GY, phần tử đồ thị liên kết hai cổng bảo tồn, có chức chia tỷ lệ biến công suất khác nhau, thường chuyển đổi lượng từ miền sang miền khác Nỗ lực phía hai cổng GY tỷ lệ với lưu lượng phía đối diện hai cổng Hình : Một phần tử Gyrator phần tử Gyrator điều chế b - Nếu cần mô cách hiệu hành vi vật lý mô tả mơ hình, phải định thứ tự mà biến (e f ) tính tốn Do đó, cần đưa loạt định nguyên nhân kết quả, mô tả khái niệm nhân Khi hai thành phần vật lý kết nối với nhau, chúng trao đổi sức mạnh Quyền lực trao đổi thể trái phiếu phát triển trước Mỗi thành phần mô tả hành vi (được gọi phương trình cấu thành) ràng buộc (các mối nối hai cổng) liên kết thành phần Nếu cần mô tượng vật lý (mơ hình), phải định biến (nỗ lực lưu lượng) tính theo thứ tự Vì vậy, chúng tơi giới thiệu mô sơ đồ khối nhân Do đó, cần đưa loạt định nguyên nhân kết quả: khái niệm quan hệ nhân Để làm cho mơ hình đồ thị trái phiếu có quan hệ nhân quả, người sáng lập lý thuyết đưa nét vng góc Dấu nét đơn liên kết, gọi “nét nhân quả” cách thức đường dẫn dịng thơng tin cho biến e f xác định đồng thời liên kết nhân Phần cuối vuốt nhận thông tin nỗ lực phần không vuốt nhận thông tin luồng Khơng có trường hợp đầu nhận nỗ lực luồng thông tin Do đó, đường dẫn dịng thơng tin cho nỗ lực dịng chảy ln ngược hướng Hình thức quan hệ nhân gọi quan hệ nhân thể hình Hình (a) e biết đến với R (b) f biết đến với R; - Các nút 1: nút e nút f 3.2 Ý nghĩa đồ thị Bond Graph mơ hình hóa hệ điên tử - Từ đồ thị Bon Grap giúp kỹ sư mơ hình hóa hệ thống điện tử phức tạp từ xây dựng khối điều khiển phần mềm công nghiệp, giúp đơn giải hóa hệ thống phức tạp để tính tốn lý thuyết Chương Mơ hình hóa Bộ truyền động, Cảm biến Mạch điện tử I Mô hình hóa hệ thống truyền động 1.1 Khái niệm hệ thống tuyền động: - Hệ thống truyền động phần tử hệ thống điều khiển chịu trách nhiệm chuyển đổi đầu vi xử lý thành hành động điều khiển máy thiết bị Các loại hệ thống truyền động khác : - Hệ thống truyền động khí, hệ thống truyền động điện ,hệ thống truyền động thủy lực, hệ thống truyền động khí nén hệ thống truyền động khí bao gồm liên kết, bánh răng, cam, xích dây đai Cơng suất đầu vào cung cấp phần tử hệ thống công suất đầu nhận phần tử khác hệ thống Về yếu tố chuyển đổi chuyển động từ dạng sang dạng khác - Hệ thống kích hoạt điện bao gồm thiết bị như: solenoids, động DC, động AC, động DC không chổi than, động bước Đầu vào thiết bị lượng điện đầu lượng học Hệ thống truyền động thủy lực khí nén sử dụng lượng chất lỏng để dẫn động thiết bị truyền động quay quay Trong điều kiện đầu tiên, chất lỏng làm việc thường dầu (đôi nhũ tương nước dầu), thứ hai, khơng khí nén Hệ thống thủy lực ưu tiên u cầu cơng suất cao rị rỉ chất lỏng thường vấn đề với hệ thống Mặt khác, vấn đề rị rỉ khơng phải với hệ thống khí nén khả nén khơng khí ảnh hưởng đến hoạt động điều khiển 1.2 Mơ hình hóa truyền động - Mơ hình truyền động hữu ích việc biết hành vi truyền động Với trợ giúp mơ hình thiết bị truyền động hệ thống điện tử tích hợp, chúng tơi định kích thước thiết bị truyền động xác định thông số khác u cầu mơ-men xoắn / lực yêu cầu điện áp dòng điện Trước hết, tìm hiểu truyền động khí cố gắng hiểu cách vẽ mơ hình đồ thị liên kết truyền động khí.Trong chương này, chúng tơi phát triển mơ hình cấu chấp hành đơn giản 1.2.1 Các mẫu thiết bị truyền động học