ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ - THIẾT KẾ CHẾ TẠO MỘT MÔ HÌNH XE SEGWAY ĐƠN GIẢN DỰA TRÊN LÝ THUYẾT CÂN BẰNG CON LẮC NGƯỢC

THIẾT LẬP SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TRÊN MATLAB SIMULINK: ...ERROR!. Là một loại xe cân bằng chỉ có 2 bánh,kết hợp một hệ thống cơ điện tử hoàn hảo, có thể sử dụng để di chuyển trê

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN I: GIỚI THIỆU 2

1 TÌM HIỂU VỀ XE SEGWAY: 2

2 ĐẶT VẤN ĐỀ: 4

3 CÁC MÔ HÌNH TRONG THỰC TẾ: 5

PHẦN II: THIẾT KẾ CƠ CẤU CƠ KHÍ 6

1 SƠ ĐỒ ĐỘNG: 6

2 CÁC PHƯƠNG ÁN CƠ THIẾT KẾ CƠ KHÍ: 6

3 MÔ HÌNH THIẾT KẾ: 9

PHẦN III: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 10

1 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG: ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 2 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TRÊN MATLAB SIMULINK: ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. PHẦN IV: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 10

1 MẠCH NGUỒN: 10

2 MẠCH ĐIỀU KHIỂN: 11

3 MẠCH CÔNG SUẤT: 13

PHẦN V: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 14

1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT: 14

PHẦN VI: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 25

1 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM: 25

2 NHẬN XÉT: 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

LỜI NÓI ĐẦU

Segway là một mô hình xe điện gọn nhẹ, d sử dụng Là một loại xe cân bằng chỉ có 2 bánh,kết hợp một hệ thống cơ điện tử hoàn hảo, có thể sử dụng

để di chuyển trên vỉa hè, làn đường dành cho xe đạp hoặc đường giao thông đã

đ p ứng được nhu cầu trên và được mọi người sử dụng rộng rãi Đề tài đồ án tìm hiểu về xe cân bằng 2 bánh Segway tạo cơ hội cho chúng em ứng dụng những kiến thức đã học vào thiết kế chế tạo một mô hình xe Segway đơn giản dựa trên lý thuyết cân bằng con lắc ngược

Đồ án môn học giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức đã học trong c c môn chuyên ngành vào việc thiết kế một hệthống Cơ điện tử cụ thể Hoàn thành tốt

đồ án môn học này sẽ tạo điều kiện cho sinh viên thực hiện tốt luận v n tốt nghiệp sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình củacác thầy trong khoa Cơ khí cùng bạn bè trong quá trình thực hiện đồ án môn học này Với kiến thức và kinh nghiệm c n hạn hẹp, do đ thiếu s t là điều không thể tr nh khỏi, chúng em mong nhận được ý kiến để đồ n này được hoàn thiện hơn

PHẦN I: GIỚI THIỆU

1 Tìm hiểu về xe Segway:

Segway PT (viết tắt của Segway Personal Transporter - Xe cá nhân

Segway), thường được gọi tắt là Segway, là một phương tiện giao thông cá

nhân có hai bánh, hoạt động trên cơ chế tự cân bằng do Dean Kamem phát minh Loại xe này được sản xuất bởi công ty Segway Inc ở bang

NewHampshire Từ "Segway" phát âm gần giống với "segue" (một từ gốc

tiếng ý c nghĩa "di chuyển nhẹ nhàng")

 Nguyên lý hoạt động:

- Nghiêng người về phía trước để tiến về phía trước

- Nghiêng người ra sau để giảm tốc, dừng lại hoặc đi lùi

- Thân người thẳng đứng sẽ giữ cho xe đứng yên tại chỗ

- Nghiêng cần lái về phía phải để quay phải,về phía tr i để quay trái

 Cấu tạo xe Segway:

Segway bao gồm các cảm biến, hệ thống điều khiển và một hệ thống động

cơ

2 Đặt vấn đề:

 Mô tả đồ án:

Mỗi nhóm thiết kế gồm 3 sinh viên làm một mô hình xe hai bánh với kích

thước nhỏ với các tiêu chí sau:

- Tiết kiệm vật liệu

- Hoạt động tốt

- Tính thẩm mỹ

 Yêu cầu của đồ án:

- Mô hình chỉ được sử dụng động cơ DC, biến trở và bộ điều khiển PID

- Tập báo cáo bao gồm phần thiết kế và bản vẽ cơ khí, chương trình mô

phỏng bộ điều khiển PID, mạch điện và chương trình điều khiển

- Thực hiện việc đua mô hình xe 2 b nh với nhau

 Kích thước đường đua:

Đường đua dài 2000mm rộng 400mm Cuối đường đua c tấm bìa cao

2mm

Luật đua:

- Xe mô hình không được chạy ra khỏi đường đua và ngã trên đường đua

- Xe mô hình chạy về đích vượt qua tấm bìa đen mà không bị ngã

3 Các mô hình trong thực tế:

Một số dạng xe hai bánh tự cân bằng dùng trên robot

PHẦN II: THIẾT KẾ CƠ CẤU CƠ KHÍ

1 Sơ đồ động mô hình:

2 Các phương án cơ thiết kế cơ khí:

Kết luận: - Chọn phương n truyền động b nh r ng

- Mô hình sử dụng bộ truyền b nh r ng nhựa

- Chọn tỉ số truyền từ trục động cơ đên trục b nh xe là u13 = 6

2.2 Vật liệu khung mô hình:

- Sử dụng Mica (nhựa PPC tổng hợp) c ưu điểm nhẹ, bền, và thẩm mĩ

2.3 Mối ghép các chi tiết:

a Ghép nối các chi tiết cấu tạo thân mô hình:

 Phương n 1: Dùng bulong hoặc vít để ghép nối các chi tiết

- Độ bền mỏi của mối ghép ren

- Mối ghép bị lỏng khi bị va đập nhiều

Hình 1 - Ghép nối bằng bulong và đai ốc

 Phương n 2: Dùng keo dán để ghép nối các chi tiết

Kết luận: Vì yêu cầu độ cứng vững và sự tháo lắp linh hoạt của mô hình

để di chuyển và thay thế nên chọn PA 1 Kết hợp sử dụng PA 2 với mô hình hoàn chỉnh

3 Mô hình thiết kế:

Hình – Mô hình version 1.0

Hình - Bản vẽ 2D

PHẦN III: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

1 Mạch nguồn:

Hình -Mạch nguồn 5V DC

 Các bộ phận chính và chức n ng

biến áp (ở đây em lấy đầu vào là 12V)

2 Mạch điều khiển:

Hình -Mạch vi điều khiển PIC 1 f4431

- Chân PWM, DIR, BRAKE

PHẦN V: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT

1 Lưu đồ giải thuật:

H23-Giải thuật điều khiển

Start

Đọc ADC

Tính sai lệch và tính

to n duty xung PWM bằng bộ PID

Xuất PWM và chiều quay nghịch

Đ ng

Đ ng Sai

Sai

Cn = integral_term = derivative_term = SumE = 0;

do_PID = 0; // Stop doing PID

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// thieu phan start cho phan doc AD

Cn = integral_term = derivative_term = SumE = 0;

do_PID = 0; // Stop doing PID

Cn = integral_term = derivative_term = SumE = 0;

do_PID = 0; // Stop doing PID

setup_ccp1(ccp_pwm); //khoi tao bo PWM

setup_timer_2(t2_div_by_4,249,1); //cai dat Timer 2 tao xung PWM

set_pwm1_duty(0);

setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_128|RTCC_8_BIT);

set_timer0(99);

Setup_ADC (ADC_clock_internal) ;//enables the a/d module

Setup_ADC_ports (sAN0); //can phai sua lai

Set_ADC_channel ( 0 ) ;

en0 = en1 = en2 = en3 = term1_char = term2_char =0;

temp_int = integral_term = derivative_term = un =0;

integral_term = derivative_term = 0;

SumE = SumE + en0; // SumE is the summation of the error terms

if(SumE > SumE_Max) // Test if the summation is too big

} // Integral term is (Ts/Ti)*SumE where Ti is Kp/Ki

// and Ts is the sampling period

// Actual equation used to calculate the integral term is

// Ki*SumE/(Kp*Fs*X) where X is an unknown scaling factor

// and Fs is the sampling frequency

integral_term = SumE / 256; // Divide by the sampling frequency

integral_term = integral_term * ki; // Multiply Ki

integral_term = integral_term / 16; // combination of scaling factor and Kp

// chu y o so 16 = X*Kp nhung o thanh phan vi phan thi X*Kp*3*Ts = 32

// co the xem thanh phan tich phan khong quan trong bang thanh phan vi phan

}

if(derivative_term < -120){ // test if too small

derivative_term = -120;

} // Calculate derivative term using (Td/Ts)[E(n) - E(n-1)]

derivative_term = derivative_term * kd; // Where X is an unknown scaling factor derivative_term = derivative_term >> 5; // divide by 32 precalculated Kp*X*3*Ts //derivative_term = derivative_term / 32;

PHẦN VI: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

1 Kết quả thực nghiệm:

Mô hình hoạt động tương đối ổn định do:

- Bộ điều khiển PID chưa hoàn toàn chính x c

- Mô hình cơ khí chưa tối ưu

- Mạch điện c n bị ảnh hưởng bởi nhi u

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguy n Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế m y, NXB Đại học Quốc Gia

TP Hồ Chí Minh, 2010

[2] Nguy n Hữu Lộc, Bài tập chi tiết m y, NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí [3] Nguy n Hữu Lộc, Thiết kế cơ khí với AutoCAD Mechanical, NXB TP Hồ Chí Minh, 2007