ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG I TỔNG QUAN I/ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VITME TRONG THỰC TẾ HIỆN NAY Bộ truyền động Vitme-Đai ốc hiện nay được ứng dụng rất nhiều và là một thành phần gần như không thể thiếu trong

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN

I./ Các ứng dụng phổ biến của vitme trong thực tế hiện nay 3 II/Giới thiệu hoạt động mô hình thực hiện 4 III/Chương trình sử dụng trong đồ án 4

CHƯƠNG II – THIẾT KẾ CƠ CẤU CƠ KHÍ

I./Thiết kế cơ cấu cơ khí 5

II./Tính bền cơ cấu cơ khí trên SolidWorks 6 CHƯƠNG III – THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN

I./Thiết lập sơ đồ khối của mô hình động cơ bước trên Matlab Simulink 9 II./Khảo sát các kết quả 9 III./Kết luận 10

CHƯƠNG IV

SƠ ĐỒ MẠCH DRIVER CHO ĐỘNG CƠ VÀ SƠ ĐỒ MẠCH ĐK

Thiết kế mạch công suất và mạch điều khiển 11

CHƯƠNG V – LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN I./Lưu đồ giải thuật điều khiển 13 II./Nguyên lý hoạt động động cơ bước 14

III./Chương trình C# trên máy tính 16

CHƯƠNG VI – THÍ NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN

I./Kết quả thực nghiệm 17

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN

I/ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VITME TRONG THỰC TẾ HIỆN NAY

Bộ truyền động Vitme-Đai ốc hiện nay được ứng dụng rất nhiều và là một thành phần gần như không thể thiếu trong các hệ thống dẫn động ,các thiết bị máy móc công nghiệp củng như dân dụng ,thiết bị hàng không ,quân sự…

Ví dụ như máy CNC , các cánh tay Robot… Các máy dân dụng như các ổ CD , máy photocoppy…

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

II/ GIỚI THIỆU HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH THỰC HIỆN

Nhiệm vụ trong đồ án này là điều khiển vị trí của vitme – đai ốc ,sử dụng động cơ

bước và cảm biến analog

Hình 2: Mô hình thực hiện

Tín hiệu điều khiển truyền từ máy tính đến vi điều khiển (PIC) qua cổng COM, Vi

điều khiển đọc ADC về và xử lý và ra quyết định cho động cơ quay

Khi động cơ quay trục vítme được nối với động cơ bằng nối trục cũng chuyển động

quay và đai ốc chuyển động thẳng

III CHƯƠNG TRÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

- Chương trình Solidworks 2010: Thiết kế mô hình 3D

- Chương trình SolidWorks 2D Editor 2010 :Dùng biểu diễn bản vẽ lắp 2D

- Chương trình AutoCad 2007 :Dùng biểu diễn bản vẽ lắp 2D

- Chương trình Orcad 9.2 : thiết kế mạch điện điều khiển, xuất Layout

- Chương trình Visual Studio 2008(C#) :thiết kế chương trình điều khiển

1 5

2

3

Trong đó : (1) là step motor (động cơ bước)

(2) là khớp nối trục ,cơ cấu vit-đai ốc

Yêu cầu: Thiết kế hệ thống vít me đai ốc với vận tốc bàn trượt từ 2 –> 5mm/s

Chọn vít me có bước vít 1,2 mm đường kính ngoài D = 8mm

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

II.TÍNH BỀN CƠ CẤU TRÊN SOLIDWORKS

Mô hình tính bền với bộ thông số:

bước ren bằng 1,2 mm, chiều dài L1 =140mm, chiều dài vitme L2 = 117mm , đường kính đỉnh ren D=8mm, đường kính chân ren d = 4mm

Các chi tiết phụ khác :ổ bi,nối trục ,bể chặn, công tắc hành trình, biến trở…

Ta sử dụng SolidWorks Simulation để thiết lập các biểu đồ ứng suất, chuyển vị và sức căng của cơ cấu Với tải là con chạy, cơ cấu chịu lực là vitme và thanh trượt

Hình 5: Biểu đồ ứng suất

Hình 6: Biểu đồ chuyển vị

Hình 7: Biểu đồ sức căng

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

Hình 8: Biểu đồ hệ số an toàn

Qua các biểu đồ, ta thấy kết cấu cơ khí hoàn toàn đáp ứng được các đòi hỏi về sức bền

CHƯƠNG III

THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN BẰNG

MATLAB SIMULINK Yêu cầu đặt ra: Sử dụng Matlab Simulink mô phỏng điều khiển động cơ bước đến

vị trí mong muốn trong thời gian cho trước (ví dụ là 2s)

I Thiết lập sơ đồ khối của mô hình động cơ trên Matlab Simulink

Ta sử dụng SimElectronic để mô phỏng hoạt động của động cơ

Trên cửa sổ Simulink ta thiết lập hệ thống sơ đồ khối như sau:

Hình 9

II.KHẢO SÁT CÁC KẾT QUẢ:

Ta thử khảo sát kết quả sau khi động cơ quay lần lượt 10, 15, 20, 25 bước Các biểu

đồ thu được là như sau:

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

bề rộng xung nhằm mục đích giảm thời gian đạt đến vị trí mong muốn của động cơ bước trong trường hợp này (mô phỏng trên Matlab) là hết sức khó khăn Ở thời điểm hiện tại, do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên trong nội dung đồ án chúng em chưa thể thực hiện được Chúng em sẽ tiếp tục nghiên cứu sâu thêm về vấn đề này trong thời gian sắp tới

CHƯƠNG IV

SƠ ĐỒ MẠCH DRIVER CHO ĐỘNG CƠ VÀ SƠ ĐỒ MẠCH ĐK

THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Thiết kế mạch công suất và mạch điều khiển bằng phần mềm orcad 9.2 ta được mạch

nguyên lý như hình sau:

Hình 12:mạch điều khiển

Nguyên lý hoạt động:

mạch điểu khiển gồm :nguồn cấp cho toàn bộ mạch,ta sử dụng PIC16F87 giao tiếp

với máy tính bẳng cổng com qua RS232,khối cảm biến analog và 2 limit swich để

giới hạn hành trình

Tín hiệu được truyền từ máy tính qua giao tiếp cổng com đựơc PIC16F887 xử lý,PIC

cấp xung qua các chân RD0 đến RD4 để đi đến mạch công suất điều khiển động cơ

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

Hình 10: Mạch công suất (Driver)

Nguyên lý hoạt động mạch công suất:

Ta sử dụng OPTO PC817 và TIP122

Khi xung được cấp từ PIC qua chân số 1 của HEADER 4 sẽ kích hoạt OPTO cho

phép nguồn 5v kích hoạt Tip 122 ,cho phép dòng qua cuộn thứ nhất của động cơ

bứơc

Tương tự với các xung còn lại động cơ bước hoạt động

CHƯƠNG V : LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

I LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN

n

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

II.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ĐỘNG CƠ BƯỚC

Động cơ bước sử dụng trong đồ án là động cơ bước đơn cực

Cấu tạo động cơ bước đơn cực:

Máy tính gửi giá trị cài đặt qua cổng com đến vi điều khiển qua các lệnh

Các giá trị đọc từ cảm biến và giá trị nhận từ máy tính qua vài phép biến đổi

rồi so sánh Sau đó sẽ quyết dịnh cho động cơ quay thuận hoặc quay nghịch

Tín hiệu điều khiển sẽ được truyền qua mạch công suất để điều khiển động cơ

 Chương trình viết bằng CCS cho PIC16F887 (phụ lục trang 24 )

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

IV/CHƯƠNG TRÌNH C# TRÊN MÁY TÍNH

Chương trình giao tiếp pic và máy tính có giao diện như hình sau:

Khoảng cách lớn nhất mà bộ truyền thực hiện là 55mm.khi nhập vị trí mong muốn vào ô vị trí cài đặt và nhấn send trên bảng thông số đáp ứng sẽ phản hồi về vị trí mà

bộ truyền đang di chuyển.Biến trở sử dụng có giá trị 10k ,do đó vị trí cài đặt =vị trí đáp ứng

 Chương trình c# ( phụ lục trang 26)

CHƯƠNG IV: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN I/ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Khảo sát quá trình thực nghiệm ta được bảng thông số sau:

-Vị trí nhập từ giao diện điều khiển (mm)

-Giá trị đọc được trên thước đo (mm)

-Biến trở gần tuyến tính nên kết quả điều khiển chưa chính xác

-Do các mạch điều khiển và mạch công suất làm thủ công nên mức độ ổn định không cao

II/ KẾT LUẬN

-Có sự hiểu biết lập trình vi điều khiển PIC trên CCS

-Lập trình C# tạo giao diện điều khiển

-Hiểu biết giao tiếp nối tiếp

-Tìm hiểu được vi điều khiển pic 16F887, Transistor driver dùng điều khiển động cơ -Điều khiển được vị trí vitme qua máy tính

-Sử dụng cáp chuyển đổi từ USB sang COM nên việc điều khiển chưa ổn định +Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em đã làm việc rất nghiêm túc và đã cố gắn

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

Tài liệu tham khảo và các phụ lục

Tài liệu tham khảo:

[1] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1 và 2 Nhà xuất bản giáo dục 2003

[2] Nguyễn Hữu Lộc Cơ sở thiết kế máy Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh 2004

[3] Trần Xuân Trường Tài liệu sử dụng CCS tiếng việt 2007

[4] Http://www.picvietnam.com

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

//Gọi hàm hiển thị dữ liệu

}

{

Mạch vẽ bằng SolidWorks 2010:

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

Các hình ảnh trong quá trình thƣc hiện đồ án