Thiết kế hệ thống con lắc ngược một bậc quay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
------

BÀI TẬP LỚN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đề tài: Thiết kế hệ thống con lắc ngược một bậc quay

Giáo Viên Hướng Dẫn:

Ts. Nguyễn Văn Trường

Lớp:

Cơ Điện Tử 2 – K13

Sinh Viên Thực Hiện:
Nguyễn Văn Đạt

2018602116

Nguyễn Thanh Hải

2018605193

Nguyễn Trung Hiếu

2018601596

Hà Nội - 2021

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM
I. Thơng tin chung
1. Tên lớp:
ME6061.2
Khóa: 13
2. Tên nhóm: N11
Họ và tên thành viên:
Nguyễn Văn Đạt
2018602116
Nguyễn Thanh Hải
2018605193
Nguyễn Trung Hiếu
2018601596
II. Nội dung học tập
1. Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử con lắc ngược 1 bậc tự do
kiểu quay .
2. Hoạt động của sinh viên
Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế
- Thiết lập danh sách yêu cầu
Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ
- Xác định các vấn đề cơ bản
- Thiết lập cấu trúc chức năng
- Phát triển cấu trúc làm việc
- Lựa chọn cấu trúc làm việc
Nội dung 3: Thiết kế cụ thể
- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể
- Tích hợp hệ thống
- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác. Áp

dụng các cơng cụ hỗ trợ: Mơ hình hóa mơ phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản
phẩm.
3. Sản phẩm nghiên cứu : Báo cáo thu hoạch bài tập lớn.
III. Nhiệm vụ học tập
1. Hoàn thành bài tập lớn theo đúng thời gian quy định (từ ngày
25/03/2021 đến ngày 02/05/2021).
2. Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước hội đồng
đánh giá.


IV. Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
1. Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử và các
tài liệu tham khảo.
2. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
(nếu có): Máy tính.
KHOA CƠ KHÍ

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Anh Tú

TS. Nguyễn Văn Trường


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

MỤC LỤC
Lời nói đầu .......................................................................................................................3
Chương 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế ...........................................................................4
1.1 Phân tích Nhu cầu thị trường ................................................................................4
1.1.1. Nhu cầu thị trường ........................................................................................4
1.1.2. Nhu cầu thực tế .............................................................................................4

1.2 Thiết lập danh sách yêu cầu .............................................................................12
Chương 2: Thiết kế sơ bộ ..............................................................................................15
2.1

Xác định các vấn đề cơ bản .............................................................................15

2.2

Thiết lập cấu trúc chức năng ............................................................................16

2.3

Phát triển cấu trúc làm việc ..............................................................................18

2.4

Lựa chọn cấu trúc làm việc ..............................................................................19

Chương 3: Thiết kế cụ thể .............................................................................................20
3.1

Xây dựng các bước thiết kế cụ thể ...................................................................20

3.1.1 Nhận diện phương án, xác định các yêu cầu và làm rõ các ràng buộc về
không gian.............................................................................................................20
3.1.2 Thiết kế bộ điều khiển ...............................................................................20
3.1.3 Xác định phương án ..................................................................................23
3.1.4 Phát triển bố cục và các bộ phận thực hiện chức năng chính ...................24
3.1.5 Chọn bố cục sơ bộ phù hợp .......................................................................27
3.1.6 Tìm kiếm giải pháp cho các chức năng phụ trợ ........................................27

3.1.7 Checklist cho thiết kế cụ thể .....................................................................29
3.2 Tích hợp hệ thống ............................................................................................30
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................32
PHỤ LỤC ......................................................................................................................33

1


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

Danh mục hình ảnh
Hình 1: Phiếu khảo sát một số nhu cầu của xe tự cân bằng(P1) .....................................5
Hình 2: Phiếu khảo sát một số nhu cầu của xe tự cân bằng(P2) .....................................6
Hình 3: Kết quả khảo sát(P1) ..........................................................................................7
Hình 4: Kết quả khảo sát(P2) ..........................................................................................8
Hình 5: Kết quả khảo sát(P3) ..........................................................................................8
Hình 6: Kết quả khảo sát(P4) ..........................................................................................8
Hình 7: Kết quả khảo sát(P5) ..........................................................................................9
Hình 8: Người dẫn sử dụng xe cân bằng trong đời sống hàng ngày ...............................9
Hình 9: Sơ đồ khối điểu khiển cân bằng con lắc ngược ................................................22
Hình 10: Kết quả điều khiển con lắc ngược ..................................................................22
Hình 11: Động cơ ..........................................................................................................25
Hình 12: Encoder ...........................................................................................................26
Hình 13: Arduino ...........................................................................................................26
Hình 14: Cầu H ..............................................................................................................27
Hình 15: Giá đỡ động cơ ...............................................................................................27
Hình 16: Ắc-quy ............................................................................................................28
Hình 17: Bệ đỡ...............................................................................................................28

Hình 18: Hệ thống tích hơp ...........................................................................................30

Danh mục bảng biểu
Bảng 1:Danh sách người tham gia khảo sát ....................................................................7
Bảng 2: Một số sản phẩm hiện có trên thị trường .........................................................10
Bảng 3: Danh sách yêu cầu ...........................................................................................12
Bảng 4: bảng concept ....................................................................................................18
Bảng 5: Bảng lựa chọn giải pháp tốt nhất .....................................................................19
Bảng 6: Bảng chi tiết các bộ phận thực hiện chức năng chính......................................23
Bảng 7: Bảng checklist ..................................................................................................29

2


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

Lời nói đầu
Hệ thống con lắc ngược là một hệ thống điều khiển kinh điển, nó được sử dụng
trong giảng dạy và nghiên cứu ở hầu hết các trường đại học trên khắp thế giới.
Hệ thống con lắc ngược là mơ hình phù hợp để kiểm tra các thuật toán điều
khiển hệ phi tuyến cao trở lại ổn định. Đây là một hệ thống simo (single input
multi output) điển hình vì chỉ gồm một ngõ vào là lực tác động cho động cơ mà
phải điều khiển cả vị trí và góc lệch con lắc ngược sao cho thẳng đứng (ít nhất
hai ngõ ra). Ngồi ra, phương trình tốn học được đề cập đến của con lắc ngược
mang tính chất phi tuyến điển hình. Vì thế, đây là một mơ hình nghiên cứu lý
tưởng cho các phịng thí nghiệm điều khiển tự động. Các giải thuật hay phương
pháp điều khiển được nghiên cứu trên mơ hình con lắc ngược nhằm tìm ra các
giải pháp tốt nhất trong các ứng dụng điều khiển thiết bị tự động trong thực tế:

điều khiển tốc độ động cơ, giảm tổn hao cơng suất, điều khiển vị trí, điều khiển
nhiệt độ, điều khiển cân bằng hệ thống,… Thực hiện đề tài “thiết kế mơ hình cân
bằng con lắc ngược” là rất cần thiết cho vấn đề giảng dạy và nghiên cứu thời
điểm hiện tại. Vì đây là một mơ hình rất điển hình cần phải có ở bất kỳ một
trường đại học, cao đẳng nào theo hướng chuyên ngành kỹ thuật tại việt nam,
nhất là ngành điều khiển tự động hóa, điện cơng nghiệp, cơ điện tử… việc xây
dựng mơ hình sẽ giúp ích cho cơng tác giảng dạy trực quan hơn, dễ dàng kiểm
chứng với các giải thuật điều khiển trên lý thuyết, là cơ sở nghiên cứu khoa học
cho cả giảng viên và sinh viên.

3


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1.1PHÂN TÍCH NHU CẦU THỊ TRƯỜNG
1.1.1. Nhu cầu thị trường
Mơ hình con lắc ngược là một mơ hình cơ điện tử tiêu biểu dùng để kiểm
tra thuật tốn điều khiển. Ngồi ra mơ hình con lắc ngược cịn có nhiều ứng dụng
trong cuộc sống. Ta có thể dễ dàng bắt gặp hình ảnh con lắc ngược trong các hệ
thống tự cân bằng, xe tự cân bằng, điều khiển cân bằng khi phóng tàu vũ trụ,...
Theo đề tài được giao nhóm đã tiến hành phân tích nhu cầu thị trường của
xe tự cân bằng, một sản phẩm tiêu biểu ứng dụng của xe tự cân bằng.
Trào lưu sử dụng xe tự cân bằng thông minh đang tạo cơn sốt trên thị trường
Việt Nam , đầu tiên ở Hà Nội , tp HCM sau đó phát triển mạnh mẽ ra các tỉnh ,
thành phố trên toàn quốc .
Với nhiều ưu điểm như dễ sử dụng, không gây tiếng ồn, tạo cho bạn cảm

giác như đang lướt đi,... xe tự cân bằng đã trở thành một trào lưu trong giới trẻ.
Bạn có thể dễ dàng bắt gặp hình ảnh các bạn trẻ sử dụng xe tự cân bằng ở các khu
vui chơi, phố đi bộ, trung tâm thương mại,...Với đặc điểm là một nước có dân số
trẻ, năng động nên một sản phẩm công nghệ như xe tự cân bằng rất được đón
nhận. Hơn nữa nước ta đang trong q trình cơng nghiệp hố, hiện đại hố chú
trọng phát triển khoa học, công nghệ và xe tự cân bằng cũng là một sản phẩm tiêu
biểu của hệ thống tự cân bằng, là sản phẩm được sinh viên các ngành kỹ thuật sử
dụng để nghiên cứu, học tập. Vì vậy nhu cầu của thị trường Việt Nam là tương
đối lớn. Ngày cáng có nhiều sản phẩm xe tự cân bằng ra mắt với nhiều mẫu mã,
màu sắc khác nhau
1.1.2. Nhu cầu thực tế
Từ những phân tích trên nhóm đã tiến hành khảo sát
Phiếu khảo sát một số nhu cầu của xe tự cân bằng

4


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

Hình 1: Phiếu khảo sát một số nhu cầu của xe tự cân bằng(P1)

5


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

Hình 2: Phiếu khảo sát một số nhu cầu của xe tự cân bằng(P2)

6


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

Bảng 1:Danh sách người tham gia khảo sát
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

Họ và Tên
Lê Văn Hùng
Hoàng Duy Khánh
Nguyễn Ngọc Nam

Lê Thị Anh
Nguyễn Như Ngọc
Nguyễn Thanh Tâm
Hoàng Khánh Ngọc
Nguyễn Văn Duy
Hoàng Quốc Trường
Lê Duy Anh
Vũ Đức Minh
Nguyễn Thị Quỳnh
Đỗ Minh Phương
Mai Thị Giang

Nghề nghiệp
Kỹ sư
Sinh viên
Nhân viên văn phòng
Học sinh
Tự do
Sinh viên
Sinh viên
Nhân viên văn phòng
Kỹ sư
Tự do
Học sinh
Học sinh
Sinh viên
Sinh Viên

Hình 3: Kết quả khảo sát(P1)

7

Nơi sống
Hà Nội
Hải Phịng
Hà Nội
Tp Hồ Chí Minh
Đà Nẵng
Bắc Ninh
Tp Hồ Chí Minh
Tp Hồ Chí Minh
Hà Nội
Hải Phịng
Tp Hồ Chí Minh
Tp Hồ Chí Minh
Đà Nẵng
Hải Phịng


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

Hình 4: Kết quả khảo sát(P2)

Hình 5: Kết quả khảo sát(P3)

Hình 6: Kết quả khảo sát(P4)

8

Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

Hình 7: Kết quả khảo sát(P5)

Theo như số liệu khảo sát cho thấy hiện nay ở Việt Nam xe tự cân bằng
phần lớn vẫn được sử dụng như một món đồ chơi cơng nghệ. Tuy nhiên xe tự cân
bằng có rất nhiều ứng dụng, trong tương lai gần xe sẽ được sử dụng vào nhiều
mục đích khác nhau như để di chuyển trong một số không gian nhất định, hoặc sử
dụng như một phương tiện cá nhân. Như ở Trung Quốc, nhiều người đã sử dụng
xe tự cân bằng để di chuyển tới ga tàu điện ngầm, hoặc tại Hà Nội có người đã sử
dụng để giao phở

Hình 8: Người dẫn sử dụng xe cân bằng trong đời sống hàng ngày

9


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

Nhu cầu sử dụng xe cân bằng tăng cao khiến nhiều công ty bắt đầu gia
nhập vào lĩnh vực này. Mỗi công ty đều có những sản phẩm riêng của mình để
hướng đến những lợi ích cho người sử dụng
Bảng 2: Một số sản phẩm hiện có trên thị trường
STT

Hãng sản phẩm

Thơng số kỹ thuật

Giá thành(đ)

1

Xiaomi Ninebot Plus

Kích thước: chiều rộng
57.7cm, chiều dài:28cm
Chịu sức tải <=100kg
Tính năng:điều khiển xe
từ xa, thiết lập tính năng
tự đi theo, chức năng
tải, kết nối bluetooth với
điện thoại,sử dụng
LED,…

12.200.000

2

Smart Blance Wheel

Kích thước: chiều rộng
34.6cm, chiều dài:26cm
Chịu sức tải <=150kg

Tính năng:vận tốc đạt
được 15-20km/1 lần
sạc, kết nối bluetooth
với điện thoại…

3.740.000

3

X-Hector

Kích thước: chiều rộng
42.2cm, chiều dài:30cm
Chịu sức tải <=120kg
Tính năng:Vật liệu làm
bằng caosu,động cơ đạt
chuẩn với 250W,chạy 23h/1 lần sạc,kết hợp loa
mini với thiết bị thông
minh,…

5.200.000

10


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19
4

X-Giant

Kích thước: chiều rộng
38.6cm, chiều dài:24cm
Chịu sức tải <=110kg
Tính năng: Đạt tốc độ
tối đa với động cơ
350W, sử dụng cảm
biến điện tử kết hợp hỗ
trợ bluetooth,…

7.500.000

5

X-Thunder

Kích thước: chiều rộng
44.6cm, chiều dài:29cm
Chịu sức tải <=100kg
Tính năng: cơng xuất
động cơ lên đến 700W,
có hỗ trợ đèn báo hiệu
của pin và nguồn khi xe
hoạt động,…

6.500.000

6

Mini robot

Kích thước: chiều rộng
37.6cm, chiều dài:26cm
Chịu sức tải <=125kg
Tính năng:có cần điều
khiển xe,có kết nối hệ
thống Bluetooth với
điện thoại,…

7.500.000

11


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19
1.2 THIẾT LẬP DANH SÁCH YÊU CẦU
Bảng 3: Danh sách yêu cầu
Ban hành ngày:05/04/2021

Những
thay
đổi

Yêu cầu
CƠ KHÍ
- Khối lượng tổng thể của hệ thống ≤ 5kg.
- Con lắc:

+ Thanh kim loại hình trụ đồng chất, đường kính 2
cm, dài 30÷40cm
+ Khối lượng: 0.1÷0.3kg
+ Vật liệu: nhẹ, chịu được kéo nén 10N
- Cần quay
+ Thanh kim loại đồng chất, hình chữ L
+ Vật liệu: nhẹ, chịu được kéo nén 10N
+ Khối lượng: 0,2÷0.4kg
- Giá gá động cơ
+ Có phần đế cố định động cơ và 4 chân cố định với
bệ đỡ.
+ Kích thước: Cao 15÷20cm
+ Có khả năng cách điện
+ Vật liệu: bền, chắc, chịu tải tối thiểu 20N
- Bệ đỡ
+ Vật liệu: bền, chắc, có khả năng chịu tải tối thiểu
50N
+ Có khả năng cách điện
- Cơng nghệ chế tạo: độ chính xác cao chi phí thấp cho
sản xuất hàng loạt.
ĐIỆN, ĐIỆN TỬ
Nguồn: Sử dụng nguồn điện 12 - 24V
- Động cơ:
+ Động cơ DC Motor 5 – 24V
+ Tốc độ đầu ra tối thiểu 1200 vòng/ phút
+ Momen tải > 2Nm
-

12

Phân loại
Nhận dạng
Trang:
Chịu trách
nhiệm

Nhóm thiết kế 19 chịu trách nhiệm

Danh sách yêu cầu cho dự án thiết kế con lắc ngược kiểu quay
một bậc tự do

05/04/2021

Người
sử
dụng


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

- Mạch cơng suất: phổ biến, giá thành hợp lí, có khả năng
điều tốc và tần số xung PWM
- Cảm biến: độ chính xác cao, không bị nhiễu do môi
trường.
- Dây nối: mềm, tiết diện 2 mm
ĐIỀU KHIỂN
- Mạch điều khiển: giá dưới 300.000 đồng, có thể thiết lập
giao tiếp với matlab/simulink

- Thuật tốn điều khiển: Bộ điều khiển có đáp ứng nhanh,
sai số xác lập và thời gian xác lập thấp.
+ Thời gian xác lập < 5s
+ Độ vọt lố 10%
+ Sai số xác lập: nhỏ hơn 20 độ ( 0,35 rad)
TÍN HIỆU
- Tín hiệu cần đo: Góc lệch con lắc
- Điều khiển chiều quay động cơ thông qua mạch cầu H
AN TỒN VÀ CƠNG THÁI HỌC
- Vận hành sử dụng thiết bị dễ dàng
- Nguyên tắc hoạt động an toàn, thân thiện với môi trường
( hạn chế tối đa tiếng ồn )
- Thiết kế đáp ứng tính thẩm mĩ và hiệu quả cao.
- Có các Relay thời gian để tránh cháy nổ, chập điện
SẢN XUẤT VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG
- Chất lượng các linh kiện, bộ phận cơ khí đảm bảo tiêu
chuẩn an tồn, ổn định, chính xác.
- Sử dụng các bộ phận mua ngoài và tiêu chuẩn bất cứ khi
nào có thể.
LẮP RÁP VÀ VẬN CHUYỂN
- Đáp ứng dung sai tiêu chuẩn trên đề xuất
- Vận chuyển dễ dàng
CHI PHÍ
-

Chi phí sản xuất < 5tr
13


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

14


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ
2.1 XÁC ĐỊNH CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN
Kết quả từ bước 1 (tìm hiểu thị trường) và bước 2 (thiết lập danh sách yêu
cầu) ở nội dung 1:
-

-

Kích thước phải phù hợp để dễ dàng di chuyển, có thể lắp đặt dễ dàng.
Vật liệu làm phải bền, phổ biến, chống gỉ.
Độ an toàn phải được đảm bảo.
Phải dễ dàng lắp ráp.
Giá thành phải hợp lí dưới 5 triệu đồng
Thiết bị cảm biến có thể nhận biết chính xác và nhanh nhạy để đo góc
lệch con lắc.
Mạch điều khiển: Giá thành rẻ nhỏ hơn 300.000 đ, Có đầy đủ chức năng
của một vi điều khiển, giá thành hợp lí, có thể thiết lập giao tiếp với
matlab/Simulink.
Mạch cơng suất: ổn định
Phải đảm bảo độ bền cho các cảm biến trong q trình hoạt động.

Về tính thẩm mĩ phải bắt mắt, thiết kế đơn giản để dễ dàng bảo trì, vật
liệu phải thân thiện có thể tái chế.

15


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19
2.2 THIẾT LẬP CẤU TRÚC CHỨC NĂNG

Cấu trúc tổng thể:

Chức năng cụ thể

16


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19
Chức năng con
-

Biến đổi năng lượng : biến đổi điện năng thành cơ năng

-

Chức năng chuyển đổi tín hiệu : cảm biến đo góc quay

-

Bộ điều khiển

17


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19
2.3 PHÁT TRIỂN CẤU TRÚC LÀM VIỆC
Bảng 4: bảng concept
STT
Kích thước

1

2

5

2

3

Chiều dài con lắc : 0.5m
Chiều dài thanh cố định
0.4 m , hình trụ
Bệ đỡ (giá gá động cơ)
0.5x0.5m có 4 chân cao

0.6m

Chiều dài con lắc : 0.4m
Thanh cố định: dạng hình
chữ L ( 0.2x0.3 m)
Giá gá động cơ: cao 20cm
Bệ đỡ dạng tấm 0.4x0.4m
dày 0.04m

Chiều dài con lắc :
0.5m
Thanh cố định dạng
hình chữ L ( 0.3x0.4m)
Giá gá động cơ: cao 0.2
m
Bệ đỡ: 0.4x0.4x0.04m

6kg

3 kg

4 kg

Trọng
lượng
Vật liệu

Con lắc, thanh cố định:
nhôm
Bệ đỡ : gỗ

Con lắc, thanh cố định:
nhôm
Bệ đỡ : nhiều tấm thép
được ghép lại với nhau,
có sơn cách điện

Con lắc, thanh cố định
nhôm
Bệ đỡ : gỗ

Nguồn

Ắc- quy 12v

Sử dụng nguồn tổ ong

Nguồn tổ ong

Động cơ

Động cơ DC công suất
4W, 1200v/ph

Motor DC công suất 5W,
1200v/ph

Động cơ DC công suất
8W, 1200v/ph

Encoder

Encoder

3

4

1

9

Đo tốc độ
động cơ
Thuật tốn
điều khiển
Mạch cơng
suất

10

Cảm biến
góc quay

Biến trở

Mạch điều
khiển

Sừ dụng vi điều khiển

stm32f103c8t6 (vđk
32bit, tốc độ tối đa là
72Mhz )

6
8

11

12

Giá thành

Encoder
Điều khiển sớm trễ pha

Bộ điều khiển PID

Điều khiển trượt

Mạch cầu H

Mạch cầu H

Mạch cầu H

Encoder tuyệt đối

Encoder tương đối

Arduino Mega2560

Arduino Mega2560

4500000

4000000

3500000

18


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19
2.4 . LỰA CHỌN CẤU TRÚC LÀM VIỆC
Bảng 5: Bảng lựa chọn giải pháp tốt nhất
Giải pháp
Kích thước

1
0

2
1

3
1

Trọng lượng

1

0

1

Nhẹ, dễ dàng vận
chuyển

Vật liệu

0

1

1

Bền chắc, khơng
gỉ sét, an tồn.

Nguồn

1

1

0

Tốc độ quay ổn
định

Động cơ

1

1

1

Tính tốn chính
xác, nhanh nhạy

Đo tốc độ động
cơ

1

1

0

Chính xác, khả
năng lọc nhiễu
tốt

Thuật toán điều
khiển

0

1

0

Đáp ứng hệ
thống nhanh,sai
số xác lập, độ vọt
lố thấp

Mạch cơng suất

1

1

1

Dễ sử dụng, gia
thành rẻ

Đo vị trí con lắc

0

1

0

Chính xác, khả
năng lọc nhiễu
tốt

Mạch điều khiển

1

0

1

Tính tốn chính
xác, nhanh nhạy

Giá thành

1

0

1

Giá thành rẻ

Tổng

7

9

7

Xếp hạng

2

1

2

19

Yêu cầu
Kích thước nhỏ,
dễ dàng tháo lắp,
vận chuyển.


Thiết kế hệ thống cơ điện tử

Nhóm 19

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CỤ THỂ
3.1 XÂY DỰNG CÁC BƯỚC THIẾT KẾ CỤ THỂ
3.1.1 Nhận diện phương án, xác định các yêu cầu và làm rõ các ràng buộc
về không gian
Xác định bố cục:
-

Phạm vi hoạt động 0.6m2

-

Có bệ đỡ hình vng 0.4x0.4x0.04m

-

Chiều dài con lắc 30cm

-

Đường kính con lắc 2cm

-

Có cần quay: dạng chữ L ( 0.2x0.3)

Xác định kích thước:
-

Chuyển động quay với góc quay với sai số <5%

-

Sai số xác lập 5%-7%

-

Thời gian xác lập 3.0 – 4.5s

-

Độ vọt lố 5%- 7%

-

Khối lượng của con lắc 100g, để hệ thống ổn định

-

Vât liệu đễ tim kiếm trên thị trường, không gỉ sét

-

Nguồn tiêu thụ 12v

Xác định vật liệu:
-

Bệ đỡ: Gỗ

-

Giá gá động cơ: Thép sơn cách điện

-

Con lắc và cần quay: nhôm.

Những yêu cầu khác:
-

Các bộ phận thiết bị trong hệ thống phải đạt tiêu chuẩn

-

Dễ dàng lắp đặt và tháo rời.

-

Sản xuất và được thử nghiệm tính ổn định.

3.1.2 Thiết kế bộ điều khiển
Ta sử dụng hàm truyền để tính toán thiết kế
20