THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ pptx

Định nghĩa : Cơ điện tử là lĩnh vực kỹ thuât liên ngành thực hiện việc thiết kế sản phẩm dựa trên sự sát nhập các phần tử cơ khí và điện tử đươc phối hơp bởi một cấu trúc điều khiển.. TH

Trang 1

1.1.4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Trang 2

Định nghĩa : Cơ điện tử là lĩnh vực kỹ thuât liên ngành

thực hiện việc thiết kế sản phẩm dựa trên sự sát nhập các

phần tử cơ khí và điện tử đươc phối hơp bởi một cấu trúc

điều khiển

•Definition of mechatronics : “Interdisciplinary field of

engineering dealing with the design of products whose

function relies on the integration of mechanical and electronic components coordinated by a control architecture”

Ví dụ : Tất cả các TB cơ khí,bao gồm các TB điện tử, một vài loại có máy tính với màn hình hiển thị

• Hầu hết các sản phẩm được thiết kế nới là HT Cơ điện tử

Trang 3

Trang 4

Các thành phần cơ bản hệ thống cơ điện tử

HT TT HT ĐIỆN

Trang 5

Hệ thống tích hợp công nghệ

cơ khí, điện tử và công nghệ

thông tin để tạo thành HT cơ

điện tử ,

Hệ thống dòng năng lượng cơ khí bằng cảm biến và cơ cấu chấp hành và dòng thông tin

để hình thành hệ cơ điện ( Mechnical-electronic system

)

Hệ thống cơ khí,cảm biến và

cơ cấu chấp hành và vi điện

tử được tích hợp gia tăng để hình thành hệ cơ điện tử

( Mechatronic system )

Quan điểm phát triển :

Trang 6

• Tương tác các BP cơ và BP Điện tử - số có ý nghĩa quan trọng trong việc hoạt động hệ thống

HT-CDT bao gồm các hệ con thuộc các lĩnh vực khác nhau được kết nối với nhau

Trang 7

H QT cơ khí và QT công nghệ TT phát triển thành Cơ Điện Tử

Trang 8

Phương pháp tích hợp : Có 2 cách tích hợp :

•Tích hợp bộ phận ( tích hợp phần cứng ) : sản phẩm thiết kế HT-CDT như HT tổng thể gồm cảm biến, cơ cấu chấp

hành,vi điện tử nhúng vào quá trình cơ khí

•VD:Tích hợp cảm biến và vi máy tính -CB thông minh

•VD:Tích hợp CCCH và vi máy tính –CCCH thông minh

•Tích hợp bằng quá trình thông tin ( Software integration ) Dựa trên chức năng điều khiển nâng cao ( advanced control )

Trang 9

H Cách tích hợp HT – Cơ điện tử

Trang 10

PP tích hợp HTCĐT

a)Sơ đồ khối HT cơ + điện tử (mechnical+electronic system )

a) Tích hợp phần cứng (Hardware Integration )

c) Tích hợp dòng thông tin (Software Integration )

Trang 11

Thiết kế vạn năng Thiết kế Cơ điện tử

•Điều khiển feedfoward

•Điều khiển tuyến tính ( Analog)

• Độ chính xác với sai lệch nhỏ do

không đo được tham số

•Thay đổi tùy ý

•Hiển thị đơn giản

•Khả năng hệ thống cố định

•Cấu trúc mềm với giảm chấn điện tử

•Điều khiển phản hồi lập trình

•Điều khiển số (phi tuyến )

•Độ chính xác cao do đo lường và ĐK hồi tiêp

•Điều khiển các đại lượng không đo lường

•Ước lượng tham số

•Khả năng dạy được

So sánh hệ thống thiết kế cơ điện tử và vạn năng

Trang 12

Cấu trúc quá trình thông tin cho HTCĐT

Hệ thống tự động hóa thông minh với Đa điều khiển, Cơ sở kiến thức và cơ cấu tham chiếu và giao diện

Trang 13

Hiển thị

đồ họa

Giao diện và chế độ tín hiệu đầu vào

Trang 14

Qui trình thiết kế hệ thống cơ điện tử

H Qui trình thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhận dạng TKNL &CN MHH-Ng.lý CB&CCCH

TK-Điều khiển TK- Tối ưu

HT-PM nhúng TK-Tối ưu TUH-CK -SP MP-Phần cứng

Mô hình hóa & Mô phỏng Tạo mẫu (Protyping) Triển khai/vòng đời SP

Thông tin cập nhật trong tương lai

Trang 15

H Các loại sơ đồ cho Ô tô

a) Sơ đồ bộ phận b)Sơ đồ khối truyền NL

c) Sơ đồ khối nhiều cổng với dòng và cường độ

d) Sơ đồ khối dòng tín hiệu

Trang 16

VD : HTCĐT : Máy in phun mực laze

•CCCH : ĐC Secvo&ĐC bước : quay trống và cuộn giấy

•Cảm biến : Encoder & Công tắc HT :BV giấy và cữa của máy

•TB số : Vi MT điều khiển chức năng máy

•Mạch giao diện và chế độ : Chuyển TT vị trí giấy từ CĐ Analog sang Digital

•Hiển thị : màn hình cung cấp thông tin nhìn được

Trang 17

H Sơ đồ khối BĐK tốc độ ĐC

H Hình ảnh của BĐK tốc độ ĐC

BĐK tốc độ ĐC-DC :

•Sensor : potensionmeter – Biến trở - thay đổi điện áp

•Vi điều khiển : PIC và Máy tính nhỏ trên chip IC

•Điều khiển ĐC quay theo tốc độ tương ứng điện áp

Trang 19

BĐK tốc độ ĐC-DC

Trang 20

BĐK tốc độ ĐC-DC

H Thiết lập công cụ thời gian thực H Sơ đồ mạch điện BĐK-ĐC 1 chiều

Trang 21

1.2 MÔ HÌNH HÓA -MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ

Nghiên cứu hệ thống cơ điện tử và quá trình bằng mô hình.

Xây dựng mô hình có 2 cách:

• Xây dựng mô hình lý thuyết : dùng cho hệ có các qui luật như vật lý, kinh tế, và qui luật khác

+ Cơ học : ĐL biến thiên động lượng, ĐL Động năng, NL biến phân

+KT điện : ĐL Amper, ĐL cảm ứng, ĐL Ohm, ĐL Kirchhoff,…

•Xây dựng mô hình thực nghiệm : dùng các quan sát bằng phép đo –

Bài toán nhận dạng

Trang 22

H QH- MH lý thuyết và MH thực nghiệm

Nhiệm vụ XD- MH lý thuyết và MH thực nghiệm cần CC toán học mạnh

MH của HT thiết lập bằng PT-QT và PT tín hiệu

MH của HT là cơ sở của điều khiển QT và xác định các đại lượng ĐK đạt mục tiêu mong

muốn .

Trang 23

H Sơ đồ NL điều khiển quá trình dựa trên mô hình

1.2 MÔ HÌNH HÓA -MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ

•MH-toán là CC để biết” thái đô” HT

•HT-CĐT cấu thành từ các khối đặc trưng cơ bản

•Khối đặc trưng là PT có chức năng đơn hoặc có thuộc tính riêng

•HT cấu tạo từ khối dặc trưng gọi là HT tham số gọp ( Lumped parameter system)

Trang 24

F 

•PT lực cản : F = c.v (2.2)

(2.3)

Trang 25

1.3 KHỐI ĐẶC TRƯNG HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ

Đầu ra : x Khối lượng

Khối lượng

Gia tốc

Chuyển vị x x

Đầu vào F

2

) /

(

dt

x

d m dt

dt dx

d m dt

dv m ma

PT chuyển đông ( ĐL II – Newton )

PT Năng lượng lò xo : E=1/2kx2

F = kx

k

F E

Trang 26

2 Hệ thống quay tròn :

PT chuyển đông quay : T = k.θ

Trong đó : T : Momen xoắn ; Θ : góc quay ; k độ cứng xoắn

(2-8)

PT cản quay : T = c.ω = c.dθ/dt

Trong đó : T : Momen xoắn ; ω : vận tốc góc ; c độ cứng xoắn

PT momen quay : T = I.ε

Trong đó:T-Momen xoắn ; Ε- gia tốc góc; I -Momen quán tinh

2

) /

(

dt

d I dt

dt d

d I dt

d I

T      

PT Năng lượng : T = ½ T2/k

PT Năng lượng cản : E=1/2 Iω2

PT Năng lượng TH : P=cω2

Trang 27

ĐẦU RA

X

Lực F

PT chuyển động hệ :FΣ = ma Lực tổng :FΣ = F – kx - cv

dx c

H HT cơ (KL+LX+GC ) PT vi phân bặc 2 – QH của đầu

vào F và đầu ra – chuyển vị x

Trang 28

PT chuyển động hệ :MΣ = Iε Momen tổng :MΣ = T – kθ - cω

d c dt

d

I 2     

2 Chuyển vị

xoay θ

Trang 29

i dt

di L

i C dt

dq C dt

du C

P

2



Trang 30

Định luật Kirchhoff 1 : Dòng điện tổng đến một nút bằng tổng các dòng điện rời khỏi nút , hay tổng đại số dòng điện tại nút bằng 0

Định luật Kirchhoff 2 : Tại một mạch kín hoặc vòng lặp , tổng đại số hiệu điện thế qua từng phần mạch bằng sức điện động đặt vào phần đó.

2

u R

dt

du RC u

u u

VD2:

PTVP bặc 1 ĐL2 : Vòng R-C

Trang 31

1.6 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG THỦY KHÍ

•PT lực cản thủy lực : P1-P2 =RQ -R : sức cản TL của Dòng chảy -P1, P2 : Chiều cao cột áp

-Q : Lưu lượng

•PT liên tục : Q1-Q2 =dV/dt

•Ở đây : V= A.h ; và P=ρgh -A : Tiết diện ngang của thùng -H : chiều cao cột nước ; Ρ:TL riêng CL

dt

dP C Q

Q dt

dP g

A dt

g p d A Q



dt Q

Q C

P  1 ( 1  2 )

Tích phân PT

Trang 32

dQ I

A P P

dt

dQ L

A P

P dt

dV AL

A P P

) (

2 1

2

I là Thủy năng : I =Lρ/A

Trang 33

1.6.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG KHÍ NÉN

Trang 35

1.6 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG KHÍ NÉN

Trang 37

1.6 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIỆT

Trang 39

1.6 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIỆT

Trang 41

CẢM ƠN

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Cơ Điện Tử
Trường học	University of Engineering and Technology
Chuyên ngành	Kỹ thuật Cơ Điện Tử
Thể loại	Báo cáo đề tài
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	42
Dung lượng	8,57 MB