Chương 2: Các thành phần cơ bản của hệ thống cơ điện tử doc

CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 2.1 Các môđun hệ thống điện tử 2.1.1 Môđun môi trường 2.1.2 Môđun tập hợp 2.1.3 Mơđun đo lường 2.1.4 Mơđun kích truyền động 2.1.5 Mơđun truyền thơng 2.1.6 Mơđun xử lí 2.1.7 Mơđun phần mềm 2.1.8 Mơđun giao diện 2.1.1 MÔĐUN MÔI TRƯỜNG •Liên quan đến thơng số bên ngồi •Vừa đóng vai trị đầu vào, đầu •Khơng diện sản phẩm điện tử • Đặc biệt hệ thống điều khiển “tia chíp” cơng nghiệp ý mơi trường điện từ trường nhiễu tín hiệu đột biến áp kích hoạt động ba pha nối tam giác 06/28/14 2.1.2 MÔĐUN TẬP HP • Là tồn hệ thống khí, thể hình dáng sở sản phẩm • Bao gồm: chi tiết, cụm khí, khung lắp ráp cho môđun, chi tiết sử dụng làm vật liên kết, vật trung gian ghép nối… • Thể tính thẩm mỹ sản phẩm 2.1.3 MÔĐUN ĐO LƯỜNG • Sử Đại lượng dụng phổ biến Cảm biến Gia cơng tín hiệu đo • Cảm biến • Gia cơng tín hiệu • Hệ thống hiển thị Hiển thị Giá trị đại lượng 2.1.4 MÔĐUN KÍCH TRUYỀN ĐỘNG • Là thành phần sản phẩm điện tử • Thực chuyển đổi đầu từ môđun xử lý thành hành động điều khiển máy móc thiết bị -Hệ thống kích truyền động-cơ khí ( cam,bánh răng,đai-xích, ), truyền động -thủy khí( thủy lựckhí nén), kích động điện( động AC,DC ) 2.1.5 MÔĐUN TRUYỀN THÔNG -Điều khiển trung tâm (đầu năm 70) -Điều khiển phân cấp -Hệ điều khiển phân quyền 2.1.6 MÔĐUN XỬ LÝ • Mơđun xử lý, xử lý thông tin môđun giao diện mơđun đo lường cung cấp • Bộ vi xử lý chia thành vùng: • Bộ xử lý trung tâm (CPU) nhận biết thực lệnh chương trình • Giao diện nhập-xuất để quản lý truyền thông xử lý giới bên ngồi • Bộ nhớ để lưu giữ chương trình liệu • Đường truyền bus: Data bus, address bus, control bus 2.2.1.1 Mô Hình Hóa Và Mô Phỏng (tt) Mô trình sử lý mô hình chúng thực thi máy vi tính Mô thực máy tính tương tự máy tính số Thông thường người ta thực máy tính số Trên phần mềm liệu mô truy xuất thành file, điều cho phép người thiết kế ghi nhớ truy cập nhanh kết mô mà “chạy lại trình mô Trừ vài phần mềm : Visio, Rflow, ABC Flowcharter tất phần mềm sử dụng phổ biến : Matrixx/System Build (hãng Integrated Systems), Easy5 (hãng Boeing), Mathlab/Simulink (Mathworks), VisSim (Visual Solution) Labview (National Instruments) có chức mô theo 2.2.1.2 Automatic Controls Ky õthuật hệ thống điều khiển lónh vực giới thiệu vào năm cuối kỷ 19 sau phát minh Maxwell độ ổn đ ịnh hệ thống Phát minh ông cho biết mức ổn định hệ thống bậc thấp (từ trở xuống) phụ thuộc vào nghiệm số phương trình đ ặc tính Sau đó, lý thuyết Routh phát triển thêm xây dựng nên phương pháp Array Phương pháp cung cấp cho người kỹ sư “công cụ phân tích hiệu quả, cho phép người kỹ sư xác định mức độ ổn đ ịnh hệ thống có phương trình đặc tính cao Vào kỹ 19 phần lớn hệ thống điều khiển giới hạn hệ thống khí, – thuỷ lực, – nhiệt Đến năm 1927, H S Black Bell Labs phát minh khuyếch đại hồi tiếp điện tử chương lónh vực điều khiển mở Một hệ thống điều khiển với nhiều ưu điểm bật đời, hệ thống điện – Vào năm 1927-1975, điện tử sử dụng vô mạnh mẽ hệ thống điều khiển, đặc biệt từ sau phát minh Transistor vi xử lý Vào lúc chưa có lý thuyết thiết kế thức cho hệ thống điện cơ, mà người ta dựa kinh nghiệm 2.2.1.2 Automatic Controls Năm 1681 Denis Papin phát minh van an toàn dùng để điều khiển áp suất nước Điều khiển tốc độ: Con quay James Watt Vào năm 1927-1975, điện tử sử dụng vô mạnh mẽ hệ thống điều khiển, đặc biệt từ sau phát minh Transistor vi xử lý Vào lúc chưa có lý thuyết thiết kế thức cho hệ thống điện cơ, mà người ta dựa kinh nghiệm Một nhân tố định hệ thống điều khiển Feedback Hình trình bày hệ thống phản hồi sở (BFS : Basic Feedback System) R Forward Loop + - E Y G(D) H(D) Forward Loop Hình 2.4 Basic Feedback System (BFS) Để hiểu rõ, phân tích mạch điều khiển bạn cần phải có hiểu biết sơ đồ khối Trong sơ đồ khối mổi đối tượng hay nhóm đối tượng đăc trưng khối Hoạt động mổi khối mô tả phương trình truyền đạt 2.2.1.3 Tối Ưu Hoá Tối ưu hoá dùng để giải toán sử dụng tài nguyên, chi phí, mục đích khác ràng buộc định Trong lónh vực điện tử, tối ưu hoá dùng trước tiên để thiết lập cấu trúc hệ thống tối ưu Tuy nhiên áp dụng nhiều vấn đề khác : • Nhận dạng quỷ đạo tối ưu • Thiết kế hệ thống điều khiển • Nhận dạng thông số mô hình Trong điện tử yếu tố thuộc tài nguyên xem biến thiết kế, yếu tố thuộc nguyên lý vận hành hệ thống xem hàm mục tiêu, quan hệ môi trường đến hệ thống xem quan hệ ràng buộc (phương trình ràng buộc) Những toán tối ưu hoá thực tế phần lớn đa phương không tuyến tính, phương pháp tốt đơn lẻ cho việc tối thiểu hoá hàm mục tiêu Mặc dù tất toán tối ưu tương tự phương trình : Pk+1 = Pk + t.Sk, có nhiều phương pháp khác tính toán stepwise (bước phân đoạn) t, xác định chiều, Sk Nếu thông tin sở không cho trước để xác định chiều, ta dùng phương pháp Simplex Powell’s Nếu thông tin sở cho trước ta có thểõ dùng phương pháp Variable Metric (phương pháp ma trận biến số) : Davidon-Fletcher-Powell (DFP) hay Broyden-Fletcher-GoldfarbShanno (BFGS), phương pháp Conjugate Gradient nhö : Fletcher-Reeves Algorithm Polak-Ribiere Algorithm 2.2.2 Hệ Thống Cơ Hệ thống gồm tất thành phần mà hoạt động chấp hành chúng chịu tác động lực Người ta phân loại hệ thống thành ba dạng đặc trưng riêng theo chất : hệ thống cứng, hệ thống có biến dạng, hệ thống thuỷ lực (cũng khí nén) Trong thực tế hệ thống cứng hoàn toàn, nhiên biến dạng chúng nhỏ không ảnh hưởng đến chức hoạt động xét người ta xét chúng thuộc hệ thống cứng Khi cần xét đến ảnh hưởng biến dạng, sức bền vật liệu người ta nghiên cứu sâu lóng vực hệ thống có biến dạng Trong hệ thống thuỷ lực chúng liên hệ áp suất, lực, lượng dòng chảy trình truyền lượng 2.2.3 Hệ Thống Điện Hệ thống điện gồm phần tử mà có liên quan đến ba đại lượng : điện tích, dòng điện điện Khi có dòng điện tồn lượng điện truyền từ vị trí đến vị trí khác Hệ thống điện phân làm hai loại : hệ thống điện công suất hệ thống điện giao tiếp Hệ thống điện giao tiếp thiết kế để truyền thông tin dạng tín hiệu điện (năng lượng mức thấp) vị trí hệ thống Người ta đặt riêng lónh vực lónh vực điện tử Ngược lại với hệ thống điện tử là hệ thống điện công suất Hệ thống điện công suất truyền công suất điện (dòng điện lượng lớn) từ vị trí đến vị trí khác Chẳng hạn máy phát điện chuyển lượng lượng thành lượng điện môtơ ngược lại, chúng chuyển lượng điện thành lượng 2.2.3 Hệ Thống Điện (tt) Hệ thống điện tích hợp tiếp cận điện tử Các thành phần điện thường sử dụng phổ biến điện tử thành phần sau: • Động điện máy phát điện • Cảm biến cấu tác động • Các thiết bị giám sát tình trạng, gồm máy tính • Các mạch điện (các mạch chuyển đổi tín hiệu, mạch khuyếch đại) • Các thiết bị đóng ngắt (rơle, thiết bị ngắt mạch, công tắc, cầu chì) Để thiết kế ứng dụng tốt hệ thống điện lónh vực điện tử bạn cần phải có kiến thức phân tích mạch AC, DC nguyên lý làm việc thiết bị bán dẫn chẳng hạn Diode, Transistor 2.2.4 Hệ Thống Máy Tính (tt) Khoa học máy tính lónh vực nghiên cứu thiết bị vi điện tử, cách kết nối chúng để tích hợp chúng lại với chúng suy nghó, phân tích, tính toán nhanh chóng xác vấn đề mà người đặt Tất nhiên chúng người tạo Quá trình xử lý máy tính bao gồm phần cứng phần mềm Trong tiếp cận lónh vực điện tử phần cứng hệ thống máy tính thường giới hạn thiết bị vi mạch computer-specific Chúng bao gồm mạng logic, flipflops, counters (bộ đếm), timer (bộ định thì), triggers, mạch tích hợp vi xử lý 2.2.4 Hệ Thống Máy Tính (tt) Trong môi trường máy tính, người ta thiết lập nhiều ngôn ngữ giao tiếp khác Các ngôn ngữ gần gũi với lối giao tiếp người với người hay tối nghóa tuỳ vào loại ngôn ngữ cụ thể Các ngôn ngữ giải mã thành ngôn ngữ máy (“ngôn ngữ 1) Ngôn ngữ Assembly ngôn ngữ sở “thế giới ngôn ngữ cấp cao Chúng thường dùng ba ký tự để mô tả lệnh Về phương diện giao tiếp ngôn ngữ Assembly tương đối tối nghóa so với ngôn ngữ cấp cao Pascal, C, Basic, Fortran Tuy nhiên tốc độ xử lý thông tin Assembly nhanh ngôn ngữ cấp cao thủ tục chuyển đổi thành ngôn ngữ máy chúng đơn giản nhanh chóng nhiều Như giới thiệu phần trước, tiếp cận lónh vực điện tử ngôn ngữ giao ký tự ngôn ngữ không thích hợp với kỹ sư kỹ thuật Ngôn ngữ ưa chuộng sử dụng rộng rải điện tử ngôn ngữ Visual, phổ biến ngôn ngữ mô tả theo sơ đồ khối Ngày người ta tiếp cận đến loại hình ngôn ngữ giao tiếp Bond graph 2.2.5 Sensor Và Cơ Cấu Tác Động a Sensor : Ngày cảm biến thiết bị thiếu hệ thống điều khiển Chúng phát triển ngày phong phú chức hoạt động chủng loại Trong công nghiệp chúng thường dùng để kiểm soát hành trình hoạt động cấu chấp hành trình Các cảm biến làm nhiều nhiệm vụ khác : đánh giá tình trạng hoạt động máy móc, phát nhận dạng đối tượng 2.2.5 Sensor Và Cơ Cấu Tác Động(tt) Các thiết bị kiểm soát trình (có hình) thường phải bên cạnh trình sản xuất thực tế, gần đối tượng kiểm soát Các cảm biến cung cấp thông tin cho thiết bị yêu cầu phải cung cấp theo thời gian thực Trong môi trường sản xuất tiên tiến cản biến yêu cầu phải bảo đãm hai yếu tố khác : độ xác chuẩn mực kết lập lại phải bảo đãm Một yếu tố khác không phần quan trọng ứng dụng điện tử việc lựa chọn loại cảm biến Việc lựa chọn phải bảo đãm hai tiêu chí, thứ bảo đãm chức làm việc, thứ hai giá thành kích thước phương thức chuyển đổi tín hiệu Những cảm biến thông minh “cảm giác thông tin đối tượng mà chúng xử lý tín hiệu trước gởi tín hiệu 2.2.6 Giao Tiếp Thời Gian Thực Giao tiếp thời gian thực thuật ngữ chung dùng để mô tả vấn đề kết nối máy tính với trình giới thực bên liệu giao tiếp hai thiết bị Các hình hiển thị kiểm tra (monitor), bàn phiếm (keyboards), máy in (printer), đóa, modem ví dụ cụ thể giao tiếp thời gian thực Quá trình giao tiếp thời gian thực thường xử lý qua bốn thành phần chính: sensors, actuators, computer, trình thực giới bên Ví dụ môi trường giao tiếp với máy tính, cảm biến bàn phiếm, truyền thông tin từ giới bên đến máy tính Monitor đóng vai trò cấu tác động, truyền thông tin từ máy tính giới thực bên Giao tiếp thời gian thực yếu tố quan trọng trình thiết kế hệ thống điện tử Trong giai đoạn thiết kế phần mô phỏng, thường có nhiều hệ thống thuộc mô hình mà không kiểm soát ngôn ngữ chương trình Khi mô hình thay thiết bị phần cứng thực tế Các cảm biến cấu tác động đóng vai trò giao tiếp tín hiệu mô hình thiết bị phần cứng bên (là mô hình nó) Kết mô hình gồm hai phần: phần thuật toán ngôn ngữ lập trình giới thực bên Bởi phần giới thực mô hình diển theo thời gian thực phần thuật toán ngôn ngữ lập trình liên hệ thời gian mô phỏng, nên việc đồng hoá hai phần điều cần thiết Quá trình gọi giao tiếp thời gian thực Trong ứng dụng lónh vực điện tử giao tiếp thời gian thực bao gồm trình chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số (A/D), từ số sang tương tự (D/A), mạch kiểm tra tín hieäu ... lượng : điện tích, dòng điện điện Khi có dòng điện tồn lượng điện truyền từ vị trí đến vị trí khác Hệ thống điện phân làm hai loại : hệ thống điện công suất hệ thống điện giao tiếp Hệ thống điện. .. hiệu điện (năng lượng mức thấp) vị trí hệ thống Người ta đặt riêng lónh vực lónh vực điện tử Ngược lại với hệ thống điện tử là hệ thống điện công suất Hệ thống điện công suất truyền công suất điện. .. cận điện tử Các thành phần điện thường sử dụng phổ biến điện tử thành phần sau: • Động điện máy phát điện • Cảm biến cấu tác động • Các thiết bị giám sát tình trạng, gồm máy tính • Các mạch điện