Tài liệu CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ doc

CHƯƠNG I : DẪN NHẬP
1.1. Lý do chọn đề tài
Trong gia công cơ khí thì yêu cầu về độ chính xác là rất cần thiết vì vậy cần có
một cơ cấu để điều khiển vị trí một cách chính xác.Cơ cấu này hoạt động thông
qua việc điều khiển từ máy tính.Để đáp ứng yêu cầu đó nhóm đã chọn đề tài : Điều
khiển vị trí động cơ DC dùng cơ cấu vit-me bi và đai ốc.
1.2. Giới thiệu đề tài
Động cơ dùng để truyền chuyển động quay nhưng ta cũng có thể chuyển thành
chuy
ển động tịnh tiến nhờ cơ cấu vit-me đai ốc.Khi vit-me quay thì đai ốc sẽ
chuyển động tịnh tiến dọc theo trục vit-me.Trên cơ sở đó ta có thể điều khiển vị trí
đai ốc thông qua điều khiển góc quay của động cơ.
Việc điều khiển vị trí rất quan trong trong gia công cơ khí cắt gọt trong công
nghiệp.Ứng dụng trong việc điều khiển các trục của máy CN, CNC, máy in, định
vị lỗ khoan, truyền động cho các băng tải…
1.3. Mục đích nghiên cứu của đề tài là : điều khiển vị trí động cơ Servo DC với
những yêu cầu sau:
- Điều khiển vị trí động cơ Servo DC có kiểm soát vị trí bằng bộ điều khiển PID
-
Điều khiển trực tiếp động cơ bằng giao tiếp máy tính
- Điều khiển được tốc độ động cơ Servo DC, từ đó nghiên cứu điều khiển động
cơ trong các máy công cụ như CN, CNC, băng tải … v
à các ứng dụng khác của
động cơ Servo DC kể cả bước Servo, Servo AC.
1.4. Giới hạn đề tài :
-
Điều khiển động cơ Servo DC, loại động cơ Dc kích từ độc lập hhoặc dùng
nam châm v
ĩnh cửu, có công suất P < 60W, cụ thể là động cơ Servo DC 24V –
50W.
-

Điều khiển động cơ Servo DC bằng phương pháp điều chế độ rộng xung kết
hợp với việc dùng vi điều khiển Atmega 8.
- Đảm bảo ổn định được vị trí bằng vòng phản hồi vị trí dùng encoder.
CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ LUÂN
1.1. Đại cương về động cơ DC kích từ độc lập
1.1.1.Giới thiệu sơ lược về động cơ điện một chiều:
Động cơ điện một chiều có 3 loại
a.Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
A
-
+
Eu
1 2
+
+
Lkt
--
Uu
Ru
Rkt
--
Ukt
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý ĐC KTĐL
b.Động cơ điện một chiều kích từ song song
+
Ru
Lkt
A
-
+

Eu
1 2
Rkt
--
Ukt = Uu
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý ĐC KTSS
c.Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Ud
A
-
+
Eu
1 2
+
Rkt
_
Ru
Lkt
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý ĐC KTNT
Trong đồ án nhóm chọn động cơ điện một chiều kích từ độc lập vì :
- Làm vi
ệc tải nhỏ
- Điều khiển tốc độ dễ dàng, chính xác
1.1.2. C
ấu tạo:
Cấu tạo động cơ gồm: vỏ, trục, ổ bi, phần cảm (stato), phần ứng (roto), cổ góp và
ch
ổi điện
Hình 2.4 Cấu tạo ĐC KTĐL
Nguồn điện một chiều DC tác động lên cuộn ứng qua cổ góp. Cường độ từ trường

không thay đồi. Tốc độ động cơ chỉ có thể điều khiển thông qua d
òng roto. Có thể
đảo chiều chuyển động bằng cách đảo chiều d
òng điện qua roto
Hình 2.5 Nguyên lý ĐC KTĐL
1.1.3 Sơ đồ nguyên lý và phương trình đặc tính:
+ _
A
-
+
Eu
1 2
+
Iu
Rkt
Ikt
_
Ru
Lkt
Hình 2.6 Nguyên lý ĐC KTĐL
cdktkt
kt
RR
U
Ikt


Ru.IuEuUu 
Mà
 .KEu

kt
và
kt
K
Mdt
Iu


Suy ra :
Ru.
K
Mdt
.KUu
kt
kt


 Kết luận : Để thay đổi tốc độ động cơ ta có 2 cách
- Thay đổi từ thông

- Thay đổi điện áp cấp cho phần ứng của động cơ: Dùng phương pháp PWM hoặc
mắc thêm điện trở phụ vào phần ứng.
1.2. Giới thiệu về Encoder:
1.2.1.Khái niệm :
Encoder hay còn gọi là bộ mã hóa quang kỹ thuật số là một thiết bị chuyển đổi chuyển
động thành một chuỗi các xung kỹ thuật số. Bằng cách đếm một cách đơn lẻ hoặc bằng
cách giải mã một tập hợp các bit, xung có thể được chuyển đổi để đo lường vị trí tương
đối hay tuyệt đối. Encoders có cấu hình cả tuyến tính và quay, nhưng loại phổ biến nhất
là quay. Rotary encoders được sản xuất trong hai hình thức cơ bản: các bộ mã hóa tuyệt
đối nơi một từ kỹ thuật số duy nhất tương ứng với mỗi vị trí của trục quay, và mã hóa các

gia tăng, trong đó sản xuất xung kỹ thuật số như các trục quay, cho phép đo vị trí tương
đối của trục. Hầu hết các mã hoá quay được bao gồm một đĩa thủy tinh hoặc nhựa mã với
một mô hình xuyên tâm photographically gửi tổ chức theo dõi. Theo đường xuyên tâm
trong mỗi ca khúc gián đoạn giữa một chùm photoemitter-cặp máy dò, xung kỹ thuật số
được sản xuất.
1.2.2 .Phân loại : Có 2 loại Encoder
a. Absolute encoder :
Hình 2.7 Absolute encoder
Là lo
ại thiết bị mã hóa mà các tín hiệu mã đầu ra song song để chỉ thị góc quay
tuy
ệt đối của trục. Loại này không cần bộ đếm để đếm xung mà vẫn có thể biết
góc quay của trục thiết bị mã hóa
C
ũng giống như nhiều loại Encoder khác, bộ giải mã tuyệt đối gồm một đĩa tròn,
trên đó có những khoảng trong suất và đục. Ánh sáng có thể xuyên qua những
phần trong suất đến bộ cảm biến quang, khi đĩa quay thì bộ cảm biến bật lên 1 và
ph
ần ánh sáng bị chặn bởi phần đục làm cảm biến quang xưống 0. Như vậy cảm
biến quang sẽ tạo thành những xung tuần tự
- Khi thiết bị mã hóa này được sử dụng với cùng một thiết bị khác, thì vị trí 0 của
trục xam như góc tọc độ. Khi trục của thiết bị mã hóa quay về tọa độ góc này thì
góc quay có th
ể được hiển thị trên bộ chỉ thị của máy. Tín hiệu đầu ra của thiết bị
mã hóa không bị ảnh hưởng bởi nhiễu của thiết bị đóng, ngắt và không yêu cầu
điều chỉnh góc quay chính xác. Hơn nữa, thậm chí nếu tín hiệu m
ã hóa đầu ra
khộng thể đọc vì trục quay quá nhanh, thì góc quay chính xác được ghi khi tốc độ
quay giảm xuống, hoặc ngay khi nguồn cho thiết bị mả hóa bị ngắt. Thêm nữa, mã
hóa s

ẽ không hoạt động do sự rung động của các thiết bị sử dụng nó
- Loại thiết bị mã hóa tuyệt đối, có độ phân giải cáo hơn và cho ra các giá trị thay
đổi trong phạm vi rộng hơn so với thiết bị m
ã hóa tăng dần