thuyet minh ky thuat dieu khien tu dong_encoder

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ  BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI: ENCODER GVHD: Thầy Phùng Trí Cơng Thành viên: Ngơ Triết Lãm MSSV: 21301995 Nguyễn Văn Trí MSSV: 21304360 Phan Minh Luật MSSV: 21302265 Nguyễn Văn Liêm MSSV: 21302037 Trần Nhật Minh MSSV: 21302384 ENCODER MỤC LỤC ENCODER GIỚI THIỆU VỀ ENCODER 1.1 Định nghĩa Encoder dạng chuyển động quay (rotary encoder) gọi shaft encoder thiết bị điện dùng biến đổi vị trí góc trục quay từ giá trị analog (tương tự) sang mã digital (số) Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc đĩa quay, đĩa quay bánh xe, trục động cơ, thiết bị quay cần xác định vị trí góc… 1.2 Phân loại - Encoder chia làm loại: encoder tuyệt đối (absolute encoder) encoder tương đối (incremental encoder) 1.3 Ứng dụng Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc đĩa quay, đĩa quay bánh xe, trục động cơ, thiết bị quay cần xác định vị trí góc… để cảm biến vị trí, tốc độ đơng cơ… - Ứng dụng encoder quay: + Trên máy công nghệ cao encoder trang bị để đo tìm xác vị trí trục máy vị trí dao cắt Nhờ q trình gia cơng thực xác Kết encoder đo gửi phận kiểm tra tích cực máy để điều chỉnh lại vị trí chi tiết hay vị trí dao cắt nhằm sữa chữa lỗi hạn chế phế phẩm + Encoder trang bị động thang máy để biết xác vị trí thang máy Đảm bảo thang máy dừng cửa vào ENCODER + Trên rô bốt công nghiệp encoder khơng thể thiếu Nó dùng để quản lý cử động khớp nối, cử động cánh tay rơ bốt để đảm bảo sác vị trí cử động + Trong thi robocon Tín hiệu gởi encoder giúpta biết vị trí robocon sân đấu Ở khúc cua vận tốc bánh xe phải bánh xe trái khơng giống Nhờ có encoder mà ta tính tốn lập trình số vòng quay bánh xe khúc cua + Ứng dụng rỗng rãi nhiều lĩnh vưc:Robot, máy cơng cụ,hàng khơng vũ trụ • Ứng dụng dây chuyền sản xuất: ENCODER CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TỪNG LOẠI ENCODER 2.1 Nguyên lý hoạt động encoder Nguyên lý encoder, đĩa trịn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có lỗ (rãnh) Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ khơng có lỗ (rãnh), đèn led khơng chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led chiếu xun qua Khi đó, phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu Với tín hiệu có, khơng có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay không Khi trục quay, giả sử đĩa có lỗ nhất, lần mắt thu nhận tín hiệu đèn led, có nghĩa đĩa quay vịng Đây nguyên lý encoder Tuy nhiên, vấn đề đặt là, để xác định xác vị trí đĩa quay (mịn hơn) làm để xác định đĩa quay theo chiều nào? Đó vấn đề để tìm hiểu encoder 2.2 Encoder tuyệt đối (absolute encoder) ENCODER Encoder tuyệt đối thiết bị chuyển đổi, áp dụng kỹ thuật số để tạo mã số số tương ứng với góc quay trục 2.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động + Một đĩa quay mã hóa theo rãnh đồng tâm + Đầu đọc: gồm tia sáng tế bào quang điện Mỗi tia sáng riêng biệt chiếu đến rãnh cho tế bào quang điện Mỗi tế bào quang điện đưa bít cho đầu số + Ba phận quan trọng cấu thành encoder tuyệt đối đèn LED, đĩa mã hóa photosensor Ánh sáng chiếu từ đèn LED qua đĩa mã hóa đến photosensor Số đèn LED với số dải băng (hay gọi vòng lỗ) đĩa mã hóa với số photosensor ( dùng đèn LED cơng suất đèn phải lớn, ánh sáng phải chiếu phủ hết dải băng đĩa mã hóa) ENCODER + Trên encoder, đèn LED, dải băng photosensor phải xếp nằm đường thẳng Đèn LED photosensor gắn cố định vỏ encoder Còn đĩa mã hóa quay quanh trục mang tín hiệu mã hóa nhằm xác định góc quay Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu tới đĩa mã hóa, đối diện với tia sáng vùng diện tích suốt, ánh sáng xuyên qua đĩa đến photosensor làm xuất dòng chảy qua photosensor ( lúc photosensor nhận tín hiệu mã nhị phân) Nếu đối diện với tia sáng vùng diện tích bị phủ lớp chắn sáng, ánh sáng không đến photosensor (lúc photosensor nhận tín hiệu mã nhị phân) + Quay lại toán bit số bit, xem xét vấn đề theo cách hồn tồn tốn học: Với số nhị phân có chữ số 0 1 1 Chúng ta có bảng: Điều có nghĩa với chữ số, chia đĩa encoder thành phần Và quay, xác định độ xác đến 1/4 vịng.Tương tự vậy, với số có n chữ số, xác định độ xác đến 1/(2n) vịng ENCODER + ví dụ với đĩa encoder có vịng lỗ (2 dải băng, vịng cùng, có rãnh rộng 1/2 đĩa Vịng phía ngồi, có rãnh nằm đối diện Như vậy, cần đèn led để phát xuyên qua vòng lỗ, đèn thu (photosensor) Giả sử vòng lỗ thứ (trong cùng), đèn đọc nằm vị trí có lỗ hở, tín hiệu nhận từ mắt thu Và vòng lỗ thứ hai, vị trí khơng có lỗ, mắt thu vòng đọc giá trị Để thiết kế encoder tuyệt đối, người ta vẽ cho bit thứ N (đối với encoder có N vịng lỗ) nằm ngồi cùng, có nghĩa lỗ lớn có góc rộng 180 độ, nằm Bởi thấy rằng, bit (nếu xem số nhị phân) thay đổi liên tục 1/2 N vịng quay Vì cần nhiều lỗ Nếu đặt khơng thể vẽ bán kính nhỏ Ngồi ra, đặt kết cấu khí, q gần trục q ENCODER Với encoder có vịng lỗ ta quản lý 1/2 đĩa (tức quản lý 1/256 đĩa, tương đương với góc 360/256 = 1,4 độ) Vậy với encoder vòng lỗ ta biết góc quay đĩa với độ sác 1,4 độ - Để giảm sai số cho Encoder tuyệt đối ta dùng mà Grey mã Grey có bit thay đổi ENCODER 2.2.2 Ưu nhược điểm Encoder tuyệt đối Ưu điểm: + Giá trị số hóa cho vị trí + Vị trí tuyệt đối nhận thời điểm Khuyết điểm: + Nhiều tín hiệu + Giá thành cao so với Inc Encoder + Số bit liên quan tới giá thành độ phân giải 2.3 Encoder tương đối (incremental encoder) 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý, kết cấu 10 ENCODER Encoder tương đối kiểu quay Về encoder tương đối encoder tuyệt đối giống khác đĩa mã hóa Ở encoder tương đối đĩa mã hóa gồm dải băng tạo xung Trên dải băng chia làm nhiều lỗ cách (lỗ thây vật liệu suốt cho ánh sáng truyền qua) Khi đĩa từ quay qua lỗ photosensor nhận tín hiệu từ đèn LED chiếu qua encoder tăng lên giá trị biến đếm Chẳng hạn với đĩa mã hóa gồm 360 lỗ, đĩa quay qua 90 lỗ photosensor nhận 90 lần tín hiệu biến đếm tăng lên 90.Từ ta biết đĩa quay góc 90 độ Tuy nhiên, vấn đề để biết encoder quay hết vịng? Nếu đếm vơ hạn khơng thể biết quay hết vịng Chưa kể, lần có rung động mà ta khơng quản lý được, encoder bị sai xung Khi đó, hoạt động lâu dài, sai số tích lũy Ngày hôm sai xung, ngày hôm sau sai xung Đến cuối cùng, động quay vòng mà đếm vịng.Vì lỗ định vị encoder tương đối kiểu quay Để tránh điều tai hại xảy ra, người ta đưa vào thêm lỗ định vị để đếm số vòng quay encoder Như vậy, cho dù có lệch xung, mà thấy encoder ngang qua lỗ định vị này, biết encoder bị đếm sai Nếu rung động 11 ENCODER mà không thấy encoder qua lỗ định vị, từ số xung việc qua lỗ định vị, biết rõ tượng sai encoder 2.3.2 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động encoder tương đối kiểu quay Encoder tương đối gồm phận nguồn phát( đèn LED), đĩa quay( đĩa mã hóa), cảm biến (photosensor) Khi đĩa quay qua lỗ cảm biến nhận tín hiệu lúcđó encoder tăng lên giá trị biến đếm Cho đến cảm biến bên nhận tín hiệu thơng qua lỗ định vị ta biết đĩa quay song vòng Giá trị biến đếm mà encoder nhận cho ta biết góc độ mà đĩa 12 ENCODER quay Ứng với dải băng có nhiều lỗ góc đếm nhỏ mà encoder đếm nhỏ (càng mịn) 2.3.3 Cấu trúc Encoder tương đối: Các tín hiệu ra: A, B, Z Các xung A B: Có nhiều độ phân giải khác cho vòng quay Xung Z: Đưa xung cho vòng quay 2.3.4 Các loại Encoder tương đối Encoder kênh 13 ENCODER + Sử dụng cặp thu phát quang: cặp đếm xung 1cặp xác định điểm chuẩn + Vị trí xác định dựa vào số xung đếm Mỗi xung ứng với góc cho trước + Không xác đinh đươc hướng quay Encoder tương đối kênh + Thường có kênh A(V1); kênh B(V2); kênh Z (điểm chuẩn) + Kênh B đặt lệch so với kênh A (lệch M+0.5 rảnh) Giải thích hình vẽ 14 ENCODER CCW: V2 chuyển từ xuống mà V1 mức cao Encoder quay ngược chiều kim đồng hồ CW: V2 chuyển từ xuống mà V1 mức thấp quay chiều kim đồng hồ - Ta dùng FlipFlop để xác chiều quay Encoder: Dđịnh - Chiều quay thuận: Nếu A sớm pha 900 so với B ngõ D-FlipFlop “1” 15 ENCODER - Chiều quay nghịch: B sớm pha 900 so với A ngõ D F/F “0” 16 ... giảm sai số cho Encoder tuyệt đối ta dùng mà Grey mã Grey có bit thay đổi ENCODER 2.2.2 Ưu nhược điểm Encoder tuyệt đối Ưu điểm: + Giá trị số hóa cho vị trí + Vị trí tuyệt đối nhận thời điểm... Đây nguyên lý encoder Tuy nhiên, vấn đề đặt là, để xác định xác vị trí đĩa quay (mịn hơn) làm để xác định đĩa quay theo chiều nào? Đó vấn đề để tìm hiểu encoder 2.2 Encoder tuyệt đối (absolute... chiều nào? Đó vấn đề để tìm hiểu encoder 2.2 Encoder tuyệt đối (absolute encoder) ENCODER Encoder tuyệt đối thiết bị chuyển đổi, áp dụng kỹ thuật số để tạo mã số số tương ứng với góc quay trục 2.2.1