Bài giảng hệ thống cơ điện tử vũ thị nhài

Vũ Thị NhàiNha trang University Chủ đề1: Giới thiệu chung về hệ thống CDT Department of Mechatronics Technology Mechatronics: Là một lĩnh vực đa ngành của khoa học kỹ thuật, hình thành t

Trang 1

Biên soạn: ThS Vũ Thị Nhài

Trang 2

o0o Biên soạn: ThS Vũ Thị Nhài

Nha trang University

Chủ đề1: Giới thiệu chung về hệ thống CDT

Department of Mechatronics Technology

1 Mục tiêu: Học phần này trang bị cho người học kiến thức về

những thành phần cơ bản của điều khiển tự động; khái niệm cơđiện tử; các cảm biến thông dụng; nhằm giúp cho người học cókhả năng sử dụng và chẩn đoán mạch điều khiển tự động trongdây chuyển sản xuất

2 Thời lượng: 02 tín chỉ

SV nắm được các định nghĩa về hệ thống CDT

Nhận biết được cấu tạo của một hệ thống CDT

Có khả năng thiết kế các hệ thống CDT đơn giản

Trang 3

Biên soạn: ThS Vũ Thị Nhài

3 Nhiệm vụ của sinh viên

▪ Tỉ lệ tham gia học trên lớp ít nhất phải đạt 80%

▪ Tham gia thuyết trình và thảo luận chuyên đề

▪ Dụng cụ học tập: bài giảng và tham khảo

4 Đánh giá kết quả học tập

▪ Kiểm tra: 50%, trong đó:

- Tham gia học trên lớp: 5%

- Đánh giá quá trình: 15%

- Bài tập nhóm: 10%

- Kiểm tra cuối kỳ: 20%

▪ Thi kết thúc học phần (vấn đáp): 50%

Trang 4

5 Các chủ đề

5.1 Lý thuyết điều khiển tự động (6 tiết)

5.4 Ứng dụng nhận biết được cấu tạo

Đánh giá quá trình, kiểm tra (3 tiết)

6 Thông tin giảng viên

ThS Vũ Thị Nhài, Bộ môn Cơ điện tử - Khoa Cơ khí

Trang 5

7 Tài liệu học tập

Vũ Thị Nhài(2018), Bài giảng hệ thống Cơ điện tử, Lưu hành

nội bộ

8 Tài liệu tham khảo

thuyết điều khiển tự động, NXB KH&KT

▪ Phan Quốc Phô (2006), Giáo trình cảm biến, NXB KH&KT

▪ Nguyễn Doãn Phước (2007), Tự động hóa với Simatic S7 –

300, NXB KH&KT

Trang 6

Cơ điện tử là gì?

Trang 7

Trang 8

Mechatronics: Là một lĩnh vực đa ngành của khoa học kỹ thuật,

hình thành từ các ngành kinh điển như Cơ khí, Kỹ thuật điện tử vàkhoa học tính tốn tin học

Cơ khí

chế tạo máy Kỹ thuật điện-điện tử

Khoa học tính toán- Tin học

Cơ điện tử

Mechatronics

K.Thuật điều Khiển và Điều chỉnh K.Thuật Vi xử lýù

Truyền động

Cơ - Thủy - Khí Cảm biến Truyền động Điện

Đo lường

Trang 9

Mechatronics định nghĩa theo Prof Kevin Craig University of

Trang 10

Cơ điện tử về cơ bản là sự kết hợp phức hợp của các ngành cơ

khí, điện tử và tin học Sản phẩm cơ điện tử tạo ra các máy móc,thiết bị tự động hóa

Mỗi ngành như cơ khí, điện tử, tin học đều có nền tảng khoa họcvững chắc và tạo ra các sản phẩm đặc trưng riêng Tuy nhiên, yêucầu của thời đại đặt ra yêu cầu cao hơn về cách hoạt động củamáy móc, yêu cầu máy móc cần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn,uyển chuyển hơn và thông minh hơn

Trang 11

Các kỹ sư cơ khí không thể làm máy móc thông minh hơn, trongkhi những kỹ sư tin học có thể tạo ra trí thông minh nhân tạonhưng họ không biết về cơ khí, những kỹ sư điện tử có thể kết nối

và điều khiển tín hiệu, nhưng họ không thể kết nối giữa trí thôngminh nhân tạo để điều khiển thiết bị cơ khí Chính yêu cầu này đãhình thành nên ngành Cơ điện tử để tạo ra sản phẩm mới đáp ứngcác yêu cầu đặt ra trên cơ sở phối hợp nền tảng sẵn có của cácngành với nhau

Trang 12

Với khả năng am hiểu về cơ khí, điện tử, tin học, và các côngnghệ hiện đại người kỹ sư cơ điện tử đưa vào các sản phẩm cơkhí hệ thống điều khiển linh hoạt bằng điện tử, và thông qua hệthống điện tử, kết nối với hệ thống xử lý thông tin - trí thông minhnhân tạo để tạo ra một sản phẩm hoàn chỉnh

Trang 13

Hệ thống Cơ điện tử tại một số trường đại học trên thế giới

Swinburne University of Technology (Australia)

Trang 14

Universidad del Bio Bio (Chile)

Trang 15

Institut Universitaire Professionnaise, Brest (France)

Trang 16

Dunaferr (Hungary)

Trang 17

Chủ đề2: Lý thuyết điều khiển tự động

Trang 18

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

 Thí dụ 1: Lái xe, mục tiêu giữ tốc độ xe ổn định v=40km/h

1 Mắt quan sát đồng hồ đo tốc độ

 thu thập thông tin

2 Bộ não điều khiển tăng tốc nếu v<40km/h,

giảm tốc nếu v>40km/h

 xử lý thông tin

3 Tay giảm ga hoặc tăng ga

 tác động lên hệ thống

Kết quả của quá trình điều khiển trên: xe chạy với tốc độ “gần” bằng 40km/h

Trang 19

 Định nghĩa: Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xửlý thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng của hệ

thống “gần” với mục đích định trước Điều khiển tự động là quá

trình điều khiển không có sự tác động của con người

Trang 20

Tại sao cần phải điều khiển tự động?

 Đáp ứng của hệ thống không thõa mãn yêu cầu

 Tăng độ chính xác

 Tăng năng suất

 Tăng hiệu quả kinh tế

Trang 21

* Hệ thống điều khiển tự động : là tập hợp các thành phần vật lý có

mối liên quan và tác động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnhhoặc điều khiển một hệ thống khác

Hệ thống điều khiển tự động xuất hiện ngày nay rất phổ biến

Trong cuộc sống văn minh:

- Hệ thống điều hoà không khí

- Hệ thống tự động báo cháy

- Hệ thống điều khiển ô tô thông minh…

Trang 22

LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Trong môi trường sản xuất:

- Các máy tự động

- Các dây chuyền sản xuất, lắp ráp tự động

- Các máy điều khiển theo chương trình, Robot …

Ngày nay, các lĩnh vực như thống kê, lưu trữ, thư viện, ngân hàng,hành chính, y tế v.v cũng đều tiếp cận với khái niệm điều khiển tựđộng

Trang 23

* Điều chỉnh: là một khái niệm hẹp hơn của điều khiển Điềuchỉnh là tập hợp tất cả các tác động nhằm giữ cho một tham

số nào đó của quá trình ổn định hay thay đổi theo một qui luật

cụ thể Tham số này được gọi là tham số cần điều chỉnh

Trang 24

Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển bao gồm: Bộ điều

khiển, đối tượng điều khiển và cảm biến

Trang 25

Đối tượng điều khiển – O (Object): là đại lượng cần điềuchỉnh và nhiệm vụ của hệ thống cần phải tác động lên đầuvào một tín hiệu điều khiển sao cho đại lượng cần điều chỉnhđạt được giá trị mong muốn

Thiết bị điều khiển - C (Controller): là tập hợp các phần tửcủa hệ thống nhằm mục đích tiếp nhận các tín hiệu của quátrình để xử lý và tạo ra thông số điều khiển thích hợp tácđộng lên đối tượng điều khiển

Trang 26

Thiết bị cảm biến đo lường - M (Measuring Device): là cácthành phần vật lý có nhiệm vụ xác định giá trị đại lượng cầnđiều chỉnh để làm cơ sở so sánh với giá trị mong muốn đểcung cấp cho thiết bị điều khiển xử lý

- Mục tiêu điều khiển – x: là giá trị thiết lập đầu vào.

- Kết quả điều khiển – y: là giá trị đầu ra, kết quả của quá trình

điều khiển

Trang 27

Hệ thống điều khiển hở và hệ thống điều khiển kín

Hệ thống hở (Open Loop): là hệ thống điều khiển tự độngkhông so sánh giá trị đầu ra với giá trị đầu vào

Trang 28

Hệ thống điều khiển động cơ (hệ hở)

Trang 29

Hệ thống hở có các đặc điểm sau:

- Độ chính xác không cao

- Chịu ảnh hưởng các yếu tố tác động bên ngoài (nhiễu)

- Đáp ứng chậm

Trang 30

Hệ thống kín (Closed Loop): còn gọi là hệ thống đóng, có phản hồi,

có sự so sánh giữa giá trị đầu vào và giá trị đầu ra; sai lệch giữa hai tínhiệu này được dùng làm tín hiệu vào của thiết bị điều khiển

Trang 31

Hệ thống điều khiển động cơ (hệ kín)

Trang 32

Hệ thống kín có các đặc điểm sau:

- Độ chính xác điều khiển cao

- Giảm tác động và ảnh hưởng của nhiễu

- Tốc độ đáp ứng nhanh

- Tăng được bề rộng dãi tần điều khiển

Trang 33

PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỆU KHIỂN

Trang 34

PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỆU KHIỂN

4 Theo tính chất của tín hiệu vào

- Hệ thống điều chỉnh (tín hiệu vào ít thay đổi)

- Hệ thống tùy động (tín hiệu vào thay đổi nhiều và liên tục)

5 Theo qui mô điều khiển

- Hệ thống điều khiển quá trình

- Hệ thống điều khiển máy

Trang 35

THUẬT TOÁN PID

PID là cách viết tắt của các từ Propotional (tỉ lệ), Integral (tích phân), Derivative (đạo hàm) và là giải thuật điều khiển được dùng

nhiều nhất trong các ứng dụng điều khiển tự động với yêu cầu chínhxác (accurate), nhanh (fast response), ổn định (small overshot)

Trang 36

Sơ đồ bộ điều khiển PID

Trang 37

Mục tiêu điều khiển:

➢ Triệt tiêu sai số xác lập

➢ Giảm thời gian xác lập và vọt lố

➢ Hạn chế dao động

Trang 38

Trang 39

Trang 40

Khâu tỷ lệ(Proportional)

➢ Kp càng lớn thì tốc độ đáp ứng càng nhanh

➢ Càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ( nhưng không thể triệt tiêu)

➢ K càng lớn thì các cực của hệ thống có xu hướng di chuyển ra

xa trục thực => hệ thống càng dao động và độ vọt lố càng cao

➢ Nếu kp tăng quá giá trị giới hạn thì hệ thống sẽ dao động không

tăt dần => mất ổn định

Trang 41

Trang 42

Giá trị độ lợi tích phân

(Ki) càng lớn kéo theo

sai số ổn định bị khử

càng nhanh => độ vọt

lố càng lớn

Trang 43

Khâu tích phân( Integration)

➢ Tín hiệu ngõ ra được xác định bởi sai số

Trang 44

Trang 45

Giá trị độ lợi vi phân (Kd)

càng lớn > càng giảm độ

vọt lố, nhưng lại làm chậm

đáp ứng quá độ và có thể

dẫn đến mất ổn định

Trang 46

Trang 47

Trang 48

Phương pháp chỉnh định bằng tay:

➢ Đặt Ki = Kd = 0 Tăng Kp đến khi hệ thống dao động tuần hoàn

➢ Đặt thời gian tích phân bằng chu kỳ dao động

➢ Điều chỉnh lại giá trị Kp cho phù hợp

➢ Nếu có dao động thì điều chỉnh giá trị Kd

Trang 49

Phương pháp Ziegler - Nichols:

➢ Đặt Ki = Kd = 0 Tăng Kp đến khi dao động tuần hoàn Đặt giá trị

Kp này = Kc

➢ Đo chu kỳ dao động Pc

Trang 50

Chỉnh định bằng phần mềm:

➢ Dùng phần mềm để tự động chỉnh định thông số PID( thực hiệntrên mô hình toán học, kiểm nghiệm trên mô hình thực)

➢ Ví dụ dung giải thuật di truyền(GA) để tìm thông số sao cho sai số

đo được nhỏ hơn giá trị yêu cầu

Trang 51

Trang 52

Công tắc hành trình

Công tắc hành trình được dùng nhiều trong ngành cơ khí,khai thác mỏ, trong các dây chuyền tự động, thiết bị nâng,băng tải để kiểm soát chuyển động, hành trình, tốc độ, an toàn

Trang 53

Công tắc hành trình

Sơ đồ cấu tạo

Trang 54

Trang 55

Cảm biến quang

Phân loại cảm biến quang

❖Cảm biến quang thu phát riêng

❖Cảm biến quang phản xạ

❖Cảm biến quang thu phát chung

Trang 56

Direct detection Sensor

Detection of all materials.

Trang 57

Ứng dụng của CB quang

Trang 58

Trang 59

Trang 60

Ứng dụng của CB quang đo vận tốc

Định dạng
Số trang	154
Dung lượng	5,09 MB