Microsoft PowerPoint Bài gi�ng H� th�ng Cơ đi�n t� g�i TV TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠ KHÍ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử Hà Nội 2021 Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mech[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠ KHÍ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Bộ môn: Kỹ thuật Cơ điện tử Hà Nội - 2021 Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: Tổng quan Hệ thống Cơ điện tử Chương 2: Mơ hình hóa hệ điện tử Chương 3: Thiết kế hệ thống dẫn động Chương 4: Xây dựng mơ hình động lực học Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển Chương 6: Điều khiển hệ điện tử Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering NỘI DUNG CHƯƠNG I Chương Tổng quan hệ thống Cơ điện tử 1.1 Khái niệm Hệ thống Cơ điện tử 1.2 Đặc điểm cấu trúc hệ thống Cơ điện tử 1.3 Hệ thống Cơ điện tử ứng dụng Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering Tổng quan hệ thống Cơ điện tử 1.1 Khái niệm Hệ thống Cơ điện tử Khái niệm: Cơ điện tử tích hợp Cơ khí, điện tử hệ thống điều khiển thông minh thiết kế sản xuất thông qua máy tính Hệ thống Cơ điện tử mơn khoa học liên ngành bao gồm: + Thiết kế, chế tạo khí + Thiết kế hệ thống điện, điều khiển + Thiết kế công nghệ điều khiển, cảm biến thuật toán điều khiển + Ứng dụng kỹ thuật máy tính điều khiển giám sát hệ thống Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering Tổng quan hệ thống Cơ điện tử 1.2 Đặc điểm cấu trúc hệ thống điện tử Cấu trúc hệ thống Cơ điện tử gồm: + Thiết kế, chế tạo khí + Thiết kế hệ thống điện, điều khiển + Thiết kế công nghệ điều khiển, cảm biến thuật tốn điều khiển + Ứng dụng kỹ thuật máy tính điều khiển giám sát hệ thống Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering Tổng quan hệ thống Cơ điện tử Hệ thống Cơ điện môn khoa học liên ngành bao gồm: + Kỹ thuật Cơ khí + Kỹ thuật điện tử + Kỹ thuật máy tính + Phương pháp điều khiển Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering Tổng quan hệ thống Cơ điện tử Đặc điểm phương pháp thiết kế hệ thống Cơ điện tử: • Phương pháp thiết kế truyền thống Yêu cầu Sản xuất Thiết kế khí Kiểm tra hồn thiện Thiết kế điện – điện tử Xây dựng phần mềm Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering Thi công phần cứng Phương pháp Điều khiển Tổng quan hệ thống Cơ điện tử Đặc điểm phương pháp thiết kế hệ thống Cơ điện tử: • Phương pháp thiết kế hệ thống Cơ điện tử Thiết kế khí Yêu cầu Thiết kế điện tử Sản phẩm mẫu Kiểm tra, hoàn thiện Hệ thống điều khiển Thiết kế phần mềm Sản xuất Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering Tổng quan hệ thống Cơ điện tử 1.3 Hệ thống Cơ điện tử ứng dụng Trong y học: Thiết bị mổ nội soi, thiết bị chụp X quang, laser, thiết bị thí nghiệm ADN… Trong cơng nghiệp: Máy tự động hóa, máy gia cơng CAD-CAMCNC; dây chuyền sản xuất linh hoạt… Trong sinh hoạt gia đình: Robot hút bụi, máy giặt, máy rửa bát, hệ thống cửa tự động… Trong công nghiệp chuyên dụng: hệ thống điện tử tơ, hệ thống an tồn xe nâng… Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering NỘI DUNG CHƯƠNG II Chương Mơ hình hóa hệ thống Cơ điện tử 2.1 Phương pháp mơ hình hóa hệ Cơ điện tử 2.2 Mơ hình hóa số hệ Cơ điện tử đặc trưng 2.3 Thiết kế hệ thống Cơ điện tử Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering 10 5.2 Vi điều khiển hệ thống Cơ điện tử Vi điều khiển ứng dụng việc chế tạo nhiều thiết bị điện tử khác Hầu hết thiết bị liên quan đến lưu trữ, đo lường, điều khiển hay tính tốn cấu tạo có vi điều khiển Vi điều khiển ứng dụng nhiều hệ thống Cơ điện tử: + Trong công nghiệp chế tạo tơ sử dụng để kiểm sốt điều chỉnh cơng suất động + Trong thiết bị điều khiển chuột máy tính, máy in số thiết bị ngoại vi khác cấu tạo từ vi điều khiển + Dùng để chế tạo thiết bị máy ảnh kỹ thuật số, hình 57 LED hay LCD… 5.3 Hệ thống điều khiển logic Thiết bị điều khiển logic sử dụng phổ biến hệ thống điện tử, đặc biệt hệ thống điều khiển công suất Thiết bị đầu vào: + Thiết bị vận hành người: nút bấm, khởi động từ… + Thiết bị phát trạng thái máy: cảm biến tiệm cận, công tắc… Thiết bị đầu ra: động cơ, xylanh, đèn báo… Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử 1.1 Giới thiệu chung vi xử lý – vi điều khiển 5.3 Hệ thống điều khiển logic Điều khiển - Điều khiển gồm loại sau: o Điều khiển theo o Điều khiển theo điều kiện o Điều khiển theo giới hạn thời gian/ điều kiện đếm a) Điều khiển theo tuần tự: Là điều khiển theo trình tự bước công việc, bước công việc thực theo trình tự xác định trước 59 5.3 Hệ thống điều khiển logic PLC lĩnh vực điện tử - Trong điện tử PLC sử dụng số lĩnh vực sau: + Điều khiển hệ thống công nghiệp 60 NỘI DUNG CHƯƠNG VI Chương ĐIỀU KHIỂN CÁC HỆ CƠ ĐIỆN TỬ 6.1 Tuyến tính hóa q trình chuyển động 6.2 Thiết kế điều khiển hệ tuyến tính điều khiển nhiều đầu vào – nhiều đầu 6.3 Một số phương pháp điều khiển khác Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering 61 6.1 Tuyến tính hóa q trình chuyển động Điều khiển không gian công tác Bài toán ngược giải mạch phản hồi Sơ đồ có hai nhược điểm bản: + Thứ hệ điều khiển phức tạp + Thứ hai hệ thống đo thường gắn lên các khớp, giám sát trực tiếp thông số khớp Muốn chuyển sang khơng gian cơng tác phải thực phép tính động học thuận, ngun nhân phát sinh sai số Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử | Department of Mechatronic Engineering 62 6.1 Tuyến tính hóa q trình chuyển động Mơ hình trạng thái mơ hình tốn học có dạng: Trong đó: o Ma trận o Ma trận ∈ ∈ o Hai ma trận ma trận hệ thống ∈ ma trận điều khiển ∈ ma trân đầu o Hệ tuyến tính mơ tả phương trình trạng thái ba dạng sau: 63 6.1 Tuyến tính hóa q trình chuyển động • Mơ hình trạng thái tham số ma trận A, B , C, D ma trận • Mơ hình trạng thái tham số phụ thuộc t, có phần tử ma trận A, B, C, D hàm số phụ thuộc thời gian: • Mơ hình trạng thái tham số rải, có phần tử ma trận A, B, C, D hàm số phụ thuộc biến không gian( phụ thuộc tham số v): 64 6.1 Tuyến tính hóa q trình chuyển động Ưu điểm hệ phương trình trạng thái: Cho phép mơ tả hệ thống mà không cần điều kiện đầu Cho phép mô tả hệ MIMO đơn giản so với dạng hàm truyền đạt Cho phép khảo sát biến trạng thái cần quan tâm bên hệ thống khơng phải đầu vào đầu ra, giúp ta hiểu rõ sâu đặc tính hệ 65 6.2 Thiết kế điều khiển hệ tuyến tính MIMO • Định lý (Hệ Gerschgorin): Kí hiệu aij ,i,j =1, n, phần tử ma trận A Với giá trị riêng k A, tồn số & ∑)*+ | ),& &) | ∈ 1; ! :| $ % && | ' Mơ hình trạng thái tham số ổn định BIBO aịj+Ri