Đang tải... (xem toàn văn)
Cơ điện tử (hay kỹ thuật Cơ khí và Điện tử học) là sự kết hợp của kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật điện tử và kỹ thuật máy tính. Mục đích của lãnh vực kỹ thuật nhiều lãnh vực này là nghiên cứu các máy tự hành từ một viễn cảnh kỹ thuật và phục vụ những mục đích kiểm soát của những hệ thống lai tiên tiến. Chính từ là kết hợp của 'Cơ khí' và 'Điện tử học'.
Phân tích rõ vị trí, vai trò của khối cơ cấu chấp hành trong hệ thống cơ điện tử, khối cơ cấu chấp hành gồm những bộ phận nào, trình bày vai trò và đặc điểm của từng bộ phận? *vị trí,:phía sau phần điều khiển và phía trước phần công tác. *vai trò: Nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển và cung cấp năng lượng cho phần công tác. *Cấu trúc cơ bản gồm 2 phần là bộ phận dẫn động và bộ phận truyền động. _ + Bộ phận dẫn động gồm các loại động cơ để tạo ra chuyển động( động cơ điện, đc thủy lực khí nén,…); + Bộ phận truyền động để truyền và biến đổi chuyển động(hộp giảm tốc, băng tải, xích tải,…) gồm bộ truyền có tỷ số truyền không đổi như là bộ truyền (bánh răng, trục vít bánh vít ) và bộ truyền có tỷ số truyền thay đổi như (cơ cấu culit, cam, tay quay con trượt ) 1 Phân tích ưu, nhược điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực * Ưu điểm: 1. truyền động được công suất cao và lực lớn(nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng). 2. điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp (dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc hay chương trình có sẵn). 3. Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc vào nhau. 4. Có khả năng giảm khối lượng và kích thước giờ chọn áp suất thủy lực cao.Nhờ quán tính nhở của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sự bị va đập mạnh (như trong cơ khí và điện). 5. dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành. 6. Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn. Dễ quan sát và theo dõi bằng áp kế kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch. 7. Tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa. *Nhược điểm: - mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử làm giảm hiệu suất và phạm vi hoạt động của các phần tử. - Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn. - khi mới khởi động nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi. 2 Trình bày cấu trúc cơ bản của 1 hệ thống cơ điện tử ở dạng sơ đồ khối giải thích ý nghĩa của từng khối( nêu rõ sự ht các nguồn tín hiệu trong sơ đồ và diễn giải quá trình hoạt động của chúng(truyền đi và được xử lí như thế nào)) *Sơ đồ khối của hệ thống cơ điện tử: *Phần công tác: là phần trực tiếp tạo ra các thao tác công nghệ (hàn, cắt, sơn phủ…chạy dao máy tiện, cánh tay robot công nghiệp…) 3 *Cơ cấu chấp hành gồm 2 phần là dẫn động và truyền động. Dẫn động là các loại động cơ tạo ra nguồn chuyển động (động cơ điện, động cơ thủy lực khí nén…). Truyền động là truyền và biến đổi chuyển động(dạng chuyển động và tốc độ chuyển động). *Mô hình hóa xác định các thông số động học và động lực học của phần công tác, xác định ra các thông số trạng thái phục vụ cho việc viết các chương trình điều khiển. *Bộ điều khiển lưu trữ chương trình điều khiển, phát tín hiệu trực tiếp tác động lên khâu chấp hành để điều chỉnh năng lượng cho phần công tác, giúp cho phần công tác thực hiện đúng quy trình công nghệ mong muốn. *Hệ thống đo để giám sát quá trình vận hành của hệ thống và tác động bên ngoài của môi trường, đảm bảo cho việc chuẩn bị dữ liệu đầu vào cho việc hiệu chỉnh điều khiển. Sự hình thành các nguồn tín hiệu trong sơ đồ: từ ý tưởng mục đích thiết kế để làm gì ta đi thiết kế cấu trúc phần công tác. Mô hình hóa thiết kế bằng bản vẽ, mô hình toán( xác định thông số động học và động lực học). Lưu trữ chương trình qua các thông số trong bộ điều khiển. Bộ điều khiển phát tín hiệu cho cơ cấu chấp hành hoạt động theo các thông số đã được lưu trữ. Cơ cấu chấp hành cung cấp năng lượng cho phần công tác hoạt động. Hệ thống đo gồm các sen sơ thu thập tín hiệu từ môi trường kiểm soát vị trí, vận tốc, gia tốc và lực của phần công tác. Bên cạnh đó còn xác định các thông số, đại lượng tác động ảnh hưởng từ môi trường bên ngoài và phản hồi trở lại bộ điều khiển. Tín hiệu để tương thích của bộ điều khiển cần các yêu cầu:biến đổi AD từ tín hiệu tương tự sang số(analog digital). Khuếch đại đủ lớn để bộ điều khiển nhận dạng.Lọc để lọc tín hiệu nhiễu.truyền dẫn ghép nối với sóng cao tần có năng lượng lớn sau đó tách tín hiệu(điều chế-tách sóng) trường hợp cần truyền dẫn không dây(trung tâm điều khiển xa phần công tác). Bộ điều khiển tiếp nhận từ hệ thống đo, so sánh tín hiệu ở hệ thống cũ sai lệch sang tính toán hiệu chỉnh. 4 Phân tích vị trí vai trò của hệ thống đo trong các hệ thống cơ điện tử ,để thông tin phản hồi tương thích với bộ điều khiển thì hệ thống đo phải đảm bảo các quá trình biến đổi tín hiệu như thế nào? Trình bày lí do phải có các quá trình đó? *Vị trí của hệ thống đo: ở sau khối thao tác công nghệ và ở phía trước bộ điều khiển. *Vai trò: giám sát quá trình vận hành của hệ thống và tác động bên ngoài của môi trường; đảm bảo việc chuẩn bị dữ liệu đầu vào cho việc hiệu chỉnh điều khiển. * để thông tin phản hồi tương thích với bộ điều khiển thì hệ thống đo phải đảm bảo các quá trình biến đổi tín hiệu theo các yêu cầu sau:biến đổi AD từ tín hiệu tương tự sang số(analog digital). Khuếch đại đủ lớn để bộ điều khiển nhận dạng.Lọc để lọc tín hiệu nhiễu.truyền dẫn ghép nối với sóng cao tần có năng lượng lớn sau đó tách tín hiệu(điều chế-tách sóng) trường hợp cần truyền dẫn không dây(trung tâm điều khiển xa phần công tác). Bộ điều khiển tiếp nhận từ hệ thống đo, so sánh tín hiệu ở hệ thống cũ sai lệch sang tính toán hiệu chỉnh. 5 Trình bày khái niệm, nguyên lí hoạt động, phân loại và đặc tính cơ bản của động cơ bước? * khái niệm : Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết. *) Nguyên lý hoạt động cơ bản? Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. *) Có những loại nào? Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ. *) Nêu đặc điểm và các đặc tính cơ bản của động cơ bước? Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số. Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành Tự động hoá, chúng được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác. Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in -Có 5 đặc tính cơ bản: 1-Không chổi than, 2-Độc lập với dải, 3-Mômen giữ, 4-Điều khiển vị trí vòng hở, 5-Đáp ứng tốt 6 trình bày khái niệm,nguyên lí hoạt động,phân loại và các đặc tính cơ bản của động cơ servo? *Động cơ servo:-Đ/cơ sevor được đk bằng xung,có hồi tiếp vị trí,vận tốc và gia tốc. Đ/cơ servo đạt được công suất lớn và không bỏ bước như động cơ bước.Nó có thể dừng tức thời và gia tốc nhanh theo cả 2 hướng với quán tính nhỏ,loại động cơ này tổn hao rất nhỏ. Đ/cơ cho phép đk đồng thời vị trí,vận tốc và mômen xoắn. *Nguyên lý hoạt động: là thiết bị điều khiển bằng chu trình kín. Từ tín hiệu hồi tiếp vị trí/ vận tốc hệ thống điều khiển số sẽ được hoạt động của 1 động cơ servo. Để quay động cơ, tín hiệu số được gới tới mạch điều khiển. Tín hiệu này khởi động động cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế. Vị trí của trục vôn kế cho biết vị trí trục ra của servo.Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắt động cơ.Hoạt động của động cơ: khi động cơ servo được dùng để điều khiển tăng tốc độ , chúng cần nguồn cung cấp cho tải khi tăng hoặc giảm gia tốc và dùng điều khiển vị trí khi mà thiết bị encoder feetback về. Nhờ tín hiệu này mà ta có thể biết được để điều khiển chính xác công suất và vị trí cho thiết bị *Phân loại động cơ servo: Ngoài servo kích thước chuẩn dùng trong robot và mô hình điều khiển vô tuyến cón có các loại servo R/C khác: Servo tỉ lệ ¼ / tỉ lệ lớn (quarter-scale / large-scale servo):kích 7 thước gấp khoảng 2 lần servo chuẩn, công suất lớn hơn rõ, được dùng trong các mô hình máy bay lớn nhưng cũng có thể làm động cơ công suất tốt cho robot. Servo nhỏ (mini-micro servo):kích thước nhỏ hơn khoảng 2 lần so với servo chuẩn, không mạnh bằng servo chuẩn, dùng ở những không gian hẹp trong mô hình máy bay hay xe hơi. Servo tời buồm(sail minch servo):mạnh nhất, dùng để điều khiển các dây thừng củabuồm nhỏ và buồm chính trong mô hình thuyền buồm. Servo thu bộ phận hạ cánh(landing-gear retraction servo):dùng để thu bộ phận hạ cánh trong mô hình máy bay vừa và lớn. Thiết kế bộ phận hạ cánh thường đòi hỏi servo phải đảm bảo góc quay ít nhất là 170 o .Các servo này thường nhỏ hơn kích thước chuẩn vì không gian giới hạn trong mô hình máy bay. *Đặc tính cơ bản của động cơ servo:Moment xoắn: 2.07 kg.cm; Điện áp sử dụng: 24 VDC;Nhiệt độ vận hành: 0->60 0 C; Tốc độ quay tối đa: 3000->4000min - 1 . Điện kháng(La):0.6mH\; Hệ số dòng điện : 6.5A; Moment quán tính : 1.64*10 -4 kg.m 2 8 các đặc điểm nhận biết 1 sp cơ điện tử. trình bày vai trò của liên hệ ngược trong hệ thống cơ điện tử, cách thức thiết lập liên hệ ngược những lợi ích mà nó mang lại? *các đặc điểm nhận biết 1 sp cơ điện tử - hệ servo: tồn tại ít nhất một liên hệ ngược( hệ kín có phản hồi) - đảm bảo 3 chức năng chính: động học, động lực học,cơ điện tử. - có sự kết hợp các thành phần cơ,điện,điện tử… - tích hợp hữu cơ: phần nọ bổ trợ cho phần kia các bộ phận có liên quan với nhau. * vai trò của liên hệ ngược trong hệ thống cơ điện tử: phản hồi thông tin từ phần công tác về bộ điều khiển,do có liên hệ ngược nên các bộ phận tron hệ thống cơ điện tử có mối quan hệ mật thiết với nhau có mối tương tác qua lại giữa các thành phần qua đó tạo ra những sản phẩm có độ chính xác cao, thời gian đáp ứng nhanh hơn so với các hệ cơ khí đơn thuần… *cách thức thiết lập liên hệ ngược: • dùng mô hình hóa để tính toán các tín hiệu điều khiển đặt vào chương trình trong bộ điều khiển liên hệ ngược sẽ được so sánh với tín hiệu đặt. • dùng phản hồi thông tin trực tiếp từ không gian công tác bằng cách sử dụng các sensor. *lợi ích mà nó mang lại: • điều khiển chính xác hoạt động khâu công tác theo đúng quĩ đạo mong muốn • không cần can thiệp vào phần cứng mà chỉ cần tác động vào phần mềm • tính kinh tế thì đừng hỏi……(chỗ này mọi người phát huy khả năng chém gió nhé) 9 trình bày những nguyên lý cơ bản của van servo kiểu vòi phun bản chắn, cách thiết lập điểm o cho bản chắn? * Nguyên lý cơ bản của van servo kiểu vòi phun chắn: 1 - Đưa vào cuộn dây một dòng điện để động cơ mô men tác động lên mặt rotor một mô men quay (M 1 ), làm càng đàn hồi di chuyển bản chắn lại gần một trong hai miệng vòi phun. Áp lực tăng do khe hở giảm làm giảm lưu lượng qua vòi phun này, buồng cấp dầu cho vòi phun bị chặn có áp suất tăng lên. Lượng chênh áp trong các buồng của van trượt thủy lực cấp 2 làm di chuyển lõi trụ trượt mở đường cấp A hoặc B tới xy lanh công tác. 10 [...]... chương trình điều khiển động cơ dẫn động các trục theo thời gian thực… 21 So sánh các yêu tố đảm bảo sự chính xác trong chuyển động chấp hành của một hệ cơ điện tử và một hệ cơ khí truyền thống? • bản chất của các yếu tố đảm bảo sự chính xác trong chuyển động chấp hành của một hệ cơ điện tử so với hệ cơ khí truyền thống là sử dụng liên hệ ngược( vòng phản hồi kín) *hệ cơ điện tử muốn điều khiển phần công... (sự phản hồi, động cơ servo…) do đó quá trình đáp ứng nhanh và kinh tế… -độ chính xác hệ cơ điện tử đảm bảo nhờ phản hồi thông tin trực tiếp từ môi trường công tác gồm chuyển vị,vận tốc, gia tốc…của các khâu và tay máy hihi cho hệ cơ điện tử chỉ cần thay đổi thuật toán, chương trình điều khiển hoặc cài đặt chương trình sẵn đảm bảo độ chính xác lặp lại tốt hơn hệ cơ khí thuần túy *hệ cơ khí đơn thuần... ,Rơle… - Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng( lưu lượng áp suất) theo yêu cầu,thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành : van chỉnh áp,van dảo chiều,van tiết lưu,ly hợp… - Cơ cấu chấp hành : thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển ,là đại lượng ra của mạnh điều khiển:xy lanh khídầu,động cơ khí nén-dầu →Phần thông tin :Điện tử, Điện cơ, Khí,Dầu,Quang học, Sinh học →Phần công suất :Điện: công... tính này có thể là hình học hay phi hình học, ví dụ mô yình nguyên tử là mô hình mang ý nghĩa hình học, sơ đồ khối mô tả thuật toán để lập trình trên máy tính không mang ý nghĩa hình học) * ý nghĩa của việc mô hình hóa trong các bài toán cơ điện tử Việc mô hình hóa được các hệ có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong các bài toán cơ điện tử : 26 Từ dạng mô hình hóa tìm được giả sử là khi ta lập được phương... khiển được và hàm của đầu vào dạng điện Thiết bị chuyển đổi tín hiệu điện thành tác động vào cửa van là nam châm điện của động cơ mô men hoặc cuộn cảm tỉ lệ 4 Động cơ mô men chuyển dòng điện một chiều nhỏ sang mô men tác động lên mặt rotor ở chế độ lưỡng cực trong van servo Trong khi cuộn cảm tỉ lệ sinh ra lực tác động đơn hướng trên hàm phần ứng di động của dòng điện trong cuộn dây, với đặc tính duy... với đặc tính duy trì lực này gần như không đổi trong dải di chuyển con chạy (lõi trụ trượt) 5 Động cơ mô men với các giá trị dòng điện và điện cảm thấp có thời gian đáp ứng ngắn hơn cuộn cảm servo, đặc biệt là hoạt động với dòng điện cao nhưng sinh ra công suất cơ thấp hơn so với cuộn cảm tỉ lệ Do đó động cơ mô men tạo thành tầng dẫn hướng thường thấy trong các van servo, còn cuộn cảm servo được dùng... chuyển vị , gia tốc, vận tốc, lực… trong hệ nhiều trục đk đồng thời ? kiểu cơ điện tử được thực hiện ntn? - Lấy1 ví dụ về sơ đồ robot công nghiệp sau đó phân tích( tự chém gió) - Sự phối hợp về chuyển vị, vận tốc, gia tốc, lực trong hệ điều khiển nhiều trục đồng thời dựa trên dữ liệu bài toán động lực học Do đó kiểu cơ điện tử được thực hiện như sau: • Thiết lập mô hình động học giải bài toán động... trên trong kĩ thuật? ( có thể nêu nó ứng dụng trong công nghệ sản xuất ô tô xe máy hay các thiết kế cơ khí mục đích để giảm xóc, giảm chấn động để tăng tính hoạt động ổn định và êm cho cơ cấu khi chịu tải trọng lớn… ) 14 Mô hình động học và mô hình động lực học có vai trò ntn trong điều khiển hệ cơ điện tử? *mô hình động học :là quan hệ giữa không gian khớp và không gian công tác Có 2 bài toán động học... hệ thống điều khiển :có ý nghĩa quyết định về độ chính xác và độ tin cậy của thiết bị Liên hệ ngược vị trí có thể sử dụng liên hệ cơ khí, điện hoặc thủy lực 17 trình bày nguyên lý làm việc của encoder? Trả lời: Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder, LED và lỗ Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có các lỗ (rãnh) Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt... hình thức khác bản 27 chất ?cơ sở để đảm bảo sự tương thích trong việc làm này? *Hệ cùng bản chất: thay thế 1 hệ bằng 1 hệ cùng bản chất (ví dụ như cơ cấu giảm sóc thật với mô hình giảm sóc) cơ sở để đảm bảo sự tương thích trong việc này đó là đảm bảo về tỉ lệ đồng dạng *Hệ khác bản chất: phân tích mô tả hệ ban đầu bằng các thành phần khác bản chất Vd: L m R b 1/Ck * Cơ sở để đảm bảo cho sự tương . học ,cơ điện tử. - có sự kết hợp các thành phần cơ, điện, điện tử - tích hợp hữu cơ: phần nọ bổ trợ cho phần kia các bộ phận có liên quan với nhau. * vai trò của liên hệ ngược trong hệ thống cơ điện. biết 1 sp cơ điện tử. trình bày vai trò của liên hệ ngược trong hệ thống cơ điện tử, cách thức thiết lập liên hệ ngược những lợi ích mà nó mang lại? *các đặc điểm nhận biết 1 sp cơ điện tử - hệ. tính cơ bản của động cơ bước? * khái niệm : Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng