Thiết kế một hệ thống cơ điện tử môn Cơ điện tử | Trường Đại Học Thái Nguyên

lOMoAR cPSD| 45474828
Câu 1.Trình bày tóm tắt quy trình chung thiết kế một hệ thống cơ điện tử?
Bước 1: Xác định nhu cầu thiết kế(xđ thông số kỹ thuật yêu cầu) Thông
thường các thông số kỹ thuật này nằm trong 4 nhóm:
- Năng lực của hệ thống
- kthước hình học giới hạn của sản phẩm
- ĐK môi trường làm việc
- Các hiệu ứng hỗ trợ monh muốn
Bước 2: Phác thảo phương án thiết kế
Sau khi nhận đc yc thiết kế và làm rõ các thông số kỹ thuật cần đạt đc->chúng ta cần đưa ra phương án thiết kế
* Phương án thực hiện đc thể hiện qua các bản vẽ:
- Bản vẽ phác thảo bằng tay
- Bản trên mô hình 2D, 3D
Bước 3: Tính-> chọn các chi tiết tiêu chuẩn
Dựa vào các kiến thức cơ bản, chúng ta cần tính ra năng lựuc cần thiết của từng bộ phận
chấp hành. Sau đó lựa chọn sp phù hợp có trên thị trường
Các thông tin tính toán thường là: Công suất động cơ, đường kính xi lanh khí nén or thủy lực
Bước 4: Thiết kế các chi tiết, bộ phận trong hệ thống không thể mua sẵn dc trên thi trường.
Tích hợp thành bản thiết kế hoàn chỉnh ( bao gồm cả phần cơ khí và điện ) Các chi tiết
được thiết kế mới cần phù hợp với các chi tiết đã được chọn.
Bước 5: Thi công và đánh giá sản phẩm
Tùy theo mức độ yêu cầu, có thể dùng kết quả ở bản thiết kế or thực hiện cả chế tạo sp.
Việc đánh giá sp cần dựa trên các yêu cầu kỹ thuật đã đặt ra.
Bước 6: Tối ưu hoá sp bản thiết kế dựa trên các phản hồi từ người sd để đưa ra phiên bản
mới, việc này áp dụng với các sp sx thường xuyên để bán ra thị trường. Câu 2. Mô phỏng
Hardward-In-the-Loop là gì? Ưu điểm của dạng mô phỏng này.
Mô phỏng Hardward-In-the-Loop là: dạng mô phỏng sử dụng bộ điều khiển
thực để kết nối và điều khiển đối tượng ảo. lOMoAR cPSD| 45474828 * Ưu điểm:
- Thiết kế thử nghiệm phần cứng, phần mềm đkhiển mà không cần vận hành 1 qtrình
thựcnào ( đưa các quá trình vào phòng thí nghiệm )
- Thử nghiệm phần cứng và phần mềm đkhiển ở điều kiện môi trường giới hạn trongphòng
thí nghiệm ( vd: nhiệt độ cao/thấp, gia tốc lớn và các va chạm cơ học, thiết bị kích thích,
tính tương thích điện tử ).
- Thử nghiệp tác động của lỗi và tình trạng không mong đợi của cơ cấu chấp hành cảmbiến
và máy tính trên toàn bộ hệ thống
- Các thử nghiệm tái sinh, có thể lặp lại thường xuyên
- Vận hành dễ dàng với các giao diện người-máy khác nhau
-Tiết kiệm chi phí và thời gian phát triển
Câu 3.Tại sao cần sử dụng truyền dẫn từ nguồn năng lượng đến cơ cấu chấp hành, lấy ví dụ minh họa
- Truyền chuyển động từ CCCH tới dụng cụ khi CCCH không thể thiết kế tại cùng 1 vị trí
với dụng cụ với kiểu chuyển động mong muốn
- Làm tăng hoặc giảm momen và vận tốc giữa trục đầu vào và trục đầu ra trong khi vẫngiữ
đc năng lượng chuyển đổi giữa đầu vào và đầu ra
VD: Ví dụ, trong hệ thống điện, dây truyền dẫn chuyển điện từ nhà máy điện đến các khu
vực tiêu dùng, giúp cung cấp điện cho hộ gia đình và doanh nghiệp. Điều này tối ưu hóa
việc tận dụng năng lượng và đảm bảo nguồn cung ổn định.
Câu 4.Trình bày các thông số đặc trưng của một bộ truyền. Xác định thông số quan trọng
nhất cần sử dụng trong thực tế để mua được bộ truyền đó. - Tỷ số truyền - Hiệu suất - Độ rơ truyền dẫn - Ma sát
- Khả năng chuyển động ngược
* Tỷ số truyền là thong số quan trọng nhất: vì tác động trực tiếp đến tốc dộ và momen xoắn,
thích ứng với nhu cầu ứng dụng, tiết kiệm năng lượng, phù hợp không gian vận hành, tương quan với chi phí. lOMoAR cPSD| 45474828
Câu 8.Tại sao cần sử dụng khớp nối mềm trong kết nối trục quay. Các thông số đánh giá khớp nối mềm.
- Giảm tác dộng rung động hoặc biến dạng
- Bù đắp sự không đồng tâm - Bảo vệ thiết bị
- Tăng độ dẻo trong thiết kế - Giảm tiếng ồn - Bảo vệ quá tải
* Các thông số đánh giá khớp nối mềm:
- Momen lớn nhất và momen định mức - Độ cứng xoắn
- Độ lệch trục lớn nhất cho phép
- Momen quán tính và khối lượng của khớp nối
- Đường kính của trục vào và trục ra
- Phương thức kết nối trục - Loại khớp nối
Câu 9.Các vấn đề cần chú ý khi tính toán thiết kế hệ thống cơ điện tử?
- ước lượng các thông tin chưa rõ ràng(ước lượng các thông tin, kinh nghiệm, tham khảo)
- Đơn giản hoá giả thiết để đưa hệ phức tạp về các hệ có thẻ tính toán được
- Đánh giá được các yếu tố chính ảnh hưởng tới thông tin cần tính toán
Câu 10.Trình bày các bước tích hợp trang bị điện tử trong quá trình thiết kế hệ thống Cơ
điện tử, phân tích các nội dung cần thực hiện trong các bước đó.
Bước 1: XĐ nhu cầu kỹ thuật cho phần điện tử
- Thông số này cần phải khớp với yêu cầu kỹ thuật chung của cả hệ thống
- Yêu cầu kỹ thuật bao gồm: Xđ chức năng và mục đích sd của thiết bị
- Xđ đầu ra: CCCH-> phương thức giao tiếp ( trao đổi tín hiệu )
- Yc về phần cứng đkhiển (bộ dk) và phần mềm đkhiển tương ứng lOMoAR cPSD| 45474828
- Sơ đồ logic hoạt động của hệ thống
Bước 2: Lựa chọn linh kiện sd cho hệ thống
- Lựa chọn các linh kiện điện tử khác cần thiết kế để xây dựng phần giao tiếp giữa các vi
điều khiển với cả hệ thống nói chung.
-Lựa chọn vi điều khiển đáp ứng đc nhu cầu: số cổng I/O, khả năng nhớ của CPU
Bước 3: Thiết kế hoàn thiện sơ đồ nguyên lý Bước 4:Thi công và đánh giá. -Lập trình đkhiển
- Sau khi xây dựng và lập trình hthống xong chúng ta cần đánh giá lại hoạt động của hệ
thống so với các yêu cầu
Câu 11.Trình bày các tiêu chí lựa chọn cảm biến cho hệ Cơ điện tử.
1, Xác định đặc điểm của thông tin cần nhận biết
- Dạng phân bố đối tượng
- Đại lượng cần thu thập thông tin( nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, momen)
- Đặc điểm môi trường làm vc
2, Xđ bản chất của đối tượng mục tiêu
Các dạng đặc tính vật liệu của đối tượng mục tiêu - Kim loại - Phi kim - Dạng cứng - Dạng lỏng - Từ tính
3, Khoảng cách từ vị trí bố trí đc cảm biến tới đối tượng
4, Hình dạng và kthước của cảm biến
5, dạng điều khiển cần sd
6, Các yêu cầu đặc biệt: Cần xđ các yếu tố đặc biệt có ảnh hưởng tới cảm biến: t* cao , p
cao, môi trường từ tính…
Câu 12.Trình bày các bước thiết kế hệ thống nhiều trục có chuyển động khả trình lOMoAR cPSD| 45474828
Bước1: Xđ mục đích và các chức năng của sp cần thiết kế, xđ đc nó làm gì và hđ ntn.
Chuỗi hđ đc xđ thô mà không cần xđ chi tiết. Chuyển động qtrọng cần phân tích thành
các liên kết chuyển động phụ thuộc vào sự phức tạp của chuyể nđộng từng trục, hthống
chấp hành sẽ đc lựa chọn.
Bước2: Mô tả chi tiết hđ của thiết bị 1, Các chế độ hđ
2, Yc với giao diện đkhiển: hđ nào cần đưa ra thông tin nào cảu hthống cần hiển thị, dữ
liệu nào có thể thay đổi và giám sát.
Bước 3: Quyết định về các phần cứng cần thiết kế tích hợp trong hệ cơ điện
1, CCCH: ĐC servo, đc 1c, xilanh khí nén
2, Cảm biến: encoder phản hồi thông tin, chuyển mạch tiệm cận, chuyển mạch quang trở
3, Bộ đkhiển: PLC, BỘ ĐKHIỂN servo, bộ đkhiển cảm biến
4, Giao diện hđ của thiết bị
5, Cơ cấu truyền dẫn động: Bánh răng, vitme,….
Câu 13.Trình bày cơ sở điều khiển một trục độc lập trong điều khiển hệ nhiều trục
- Chuyền động khả trình là tập hợp sự phối hợp đồng bộ chuyển động của từng trục độc
lập việc phối hợp chuyển động thường đc bộ đkhiển tính toán thông qua các bài toán
động học ngược và qtrình nội suy quỹ đạo chuyển động. Từ đó thu đc quy luật chuyển
động của từng trục độc lập để làm cơ sở phục vụ quá trính điều khiển.
Câu 14.Trình bày các dạng phối hợp chuyển động trong hệ nhiều trục. Phân tích dạng
phối hợp chuyển động đồng bộ từ điểm tới điểm.
-Trong các hệ chuyể nđộng khả trình bao gồm nhiều CCCH, sự liên kết chuyển
động giữa các trục khác nhau có thể phân thành các nhóm sau:
+ Phối hợp chuyển động từ điểm tới điểm
+ Phối hợp chuyển động theo thời gian thực dựa trên cảm biển
+ Phối hợp, đkhiển chuyển động theo đường lOMoAR cPSD| 45474828
* Phân tích dạng phối hợp chuyển động đồng bộ từ điểm tới điểm: là chuyển
động của 1 hoặc nhiều trục tương ứng với các trục khác tại các điểm chốt đã được
lựa chọn trong chu trình chuyển động. Mỗi khoảng cách chuyển động giữa các
điểm chốt, quy luật chuyển động của từng trục được nội suy tương ứng.