THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ pptx

1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
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
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Hệ thống ĐK
và Giám sát
Máy bay ,
Hệ thống túi khí
và phanh ABS
Hệ thống tích
hợp Robot và
máy CNC.
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Các thành phần cơ bản hệ thống cơ điện tử
HT

TT
HT
ĐIỆN
HT
TT
HT
MT
HTCĐT không là HT Cơ +Điện tử, nhưng nhiều hơn HT điều khiển
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
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 :
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
•
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 .
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
H. QT cơ khí và QT công nghệ TT phát triển thành Cơ Điện Tử
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
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 )
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
H. Cách tích hợp HT – Cơ điện tử
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
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 )
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Thiết kế vạn năng Thiết kế Cơ điện tử
•
Thêm bộ phận
•
Tích hợp bộ phận ( phần cứng)
•
Khối
•
CC phức tạp
•
Nối cáp
•
Nối các bộ phận
•
Compact
•
CC đơn giản
•
Truyền thông Bus, không dây
•
Bộ phận tự động hóa
•
Điều khiển đơn giản
•
Tích hợp dong thông tin (PM)
• Kết cấu cứng

•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
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Giao diện truyền thông Chức năng đa điều khiển
Cơ cấu tham chiếu
Cơ sở kiến thức
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
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Các thành phần hệ thống cơ điện tử
H. Các thành phần hệ thống cơ điện tử
Hệ thống cơ khí
Giao diện và chế
độ tín hiệu đầu ra
Cấu trúc
điều khiển số
Hiển thị
đồ họa
Giao diện và chế độ
tín hiệu đầu vào
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
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
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
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
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
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
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
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 .
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
H. Sơ đồ khối BĐK tốc độ ĐC
H. Hình ảnh của BĐK tốc độ ĐC

BĐK tốc độ ĐC-DC :
•
Mạch giao diện 1 : Bộ chuyển đổi A/D và D/A, tín hiệu V – Anlog – VĐK- digital
Truyền thông giữa tín hiệu analog và số
•
Mạch giao diện 2: Mạch khuyêch đại : ĐC cần dòng điều khiển và liên hệ V-I
•
CCCH ( Actuator) ĐC – DC
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
BĐK tốc độ ĐC-DC
1.1.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
BĐK tốc độ ĐC-DC
H. Thiết lập công cụ thời gian thực
H. Sơ đồ mạch điện BĐK-ĐC 1 chiều
1.2 MÔ HÌNH HÓA -MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN 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 .
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
1.2 MÔ HÌNH HÓA -MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ

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. .
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
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)

1.3. KHỐI ĐẶC TRƯNG HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đầu vào F
Đầu ra : x
X : chiều dài thay đôỉ
Lò xo
Lò xo
Đầu ra : x
PT cản
Đầu vào F
Lưc F
Chất lỏng
X : thay đôỉ vị trí
F : Lực tác dụng ( N)
v : tốc độ dịch chuyển Pittong (m/s)
c : Độ cản nhớt
•
PT độ cứng lò xo : F = k.x (2.1)
1. Hệ thống tịnh tiến
F : Lực tác dụng ( N)
X : Độ dịch chuyển (m)
K : Độ cứng (N/m)
PT : V = dx/dt
=F
dt
dx
cF =
•
PT lực cản : F = c.v (2.2)
(2.3)

1.3. KHỐI ĐẶC TRƯNG HỆ THỐNG CƠ ĐIÊN TỬ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đầu ra : x
Khối lượng
Khối lượng
Lực F
1. Hệ thống tịnh tiến
Gia tốc
Chuyển vị x
x
Đầu vào F
2
2
)/(
dt
xd
m
dt
dtdxd
m
dt
dv
mmaF ====
PT chuyển đông ( ĐL II – Newton )
PT Năng lượng lò xo : E=1/2kx
2
F = kx
k
F
E

2
2
1
=
(2-5)
PT động năng : E=1/2mv
2
PT tiêu hao năng lương PT cản : P = cv
2
(2-6)
(2-7)