MỤC LỤC
Mở đầu
Chương I: TỔNG QUAN
Chương II: NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC THIẾT BỊ PHÂN ĐỘ TRUYỀN THỐNG
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN ĐỘ
2.1.1 Phân độ trực tiếp
2.1.2 Phân độ giản đơn
2.1.3 Phân độ phức tạp
2.1.4 Phân độ vi sai
2.1.5 Phân độ vạn năng
2.1.6 Phân độ theo trị số góc
2.1.7 Phân độ trong trường hợp chia vòng tròn ra các phần không bằng nhau
2.1.8 Phân độ theo theo trị số góc theo điều khiển gián tiếp bằng động cơ bước 21
2.2 KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Chương III: NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC
3.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC (STEP MOTOR)
3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
3.3 CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC
3.4 ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ BƯỚC TRONG CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG RỜI RẠC
3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Chương IV: NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC LOẠI ENCODER
4.1 Giới thiệu về encoder 3
4.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder, LED và lỗ.
4.3 Nguyên lý cơ bản của hoạt động encoder.
4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Chương V: XÂY DỰNG MÔ HÌNH.
5.1 Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít.
5.2 Lựa chọn loại động cơ bước
5.3 Lựa chọn loại encoder
5.4 Tính toán cho độ phân giải của mô hình thử nghiệm
5.5 Thiết kế bảng mạch điều khiển
5.6 Thao tác điều khiển phân độ
Chương VI: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
80 trang |
Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2513 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị dịch chuyển góc hai trục NC, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Anh quốc là oz.in (ao-xơ – inh), đơn vị chuẩn quốc tế
là Ncm.
Khi chọn động cơ và môđun điều khiển cần phải tính toán để mômen của động
cơ thắng được tất cả các lực cản và mômen cản của tải (Mc). Cần nhớ là mômen của
động cơ phụ thuộc vào công suất cấp của môđun điều khiển. Vận tốc quay càng cao
thì mômen của động cơ càng giảm. Do đó khi thiết kế cần phải sử dụng các đường
đặc tuyến mômen - tốc độ riêng biệt cho mỗi trường hợp.
+ Tỷ số
J
M giữa mômen và quán tính của động cơ
Được định nghĩa là mômen tối đa (Mmax) của động cơ chia cho quán tính riêng
của nó.
Tỷ số này cho bết khả năng gia tốc của động cơ để thắng bản thân khối lượng
của chính nó. Các động cơ có cùng Mmax nhưng có tỷ số J
M khác nhau do cấu tạo
riêng của chúng.
Hiển nhiên là động cơ có mômen sẽ quay được tải có mômen lớn. Nhưng đồng
thời động cơ có quán tính lớn cũng sẽ quay được tải có quán tính lớn. Do đó không
thể vì để có tỷ số
J
M lớn mà giảm khối lượng của rôto. Mặt khác khi tăng khối
lượng rôto mà bản thân mômen M của động cơ giảm nên tỷ số
J
M giảm nhanh (vì
đồng thời J cũng tăng). Giải quyết vấn đề này là bài toán tối ưu hoá của các nhà chế
tạo động cơ. Nhìn chung để có M và
J
M lớn người ta thường phải tăng kích thước
của rôto.
Đặc tuyến mômen của động cơ được cho theo catalog. Nhưng quán tính của
động cơ thường không được cung cấp. Vậy làm thế nào khảo sát được tham số này?
Có hai cách, một là đo theo thực nghiệm, hai là tính gần đúng. Ta có thể tính gần
đúng như sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
35
Giả sử rôto của động cơ có khối lượng là m và mật độ khối lượng là đều (có
nghĩa là khối lượng riêng g không đổi), độ dài là h và bán kính là R. Theo công
thức (8) và (9) ta tính quán tính quay J của động cơ.
( )xhmx ..2. pg=
( ) dxxhdxxxhJ
RR
òò ==
0
32
0
.2....2. pgpg
( ) gppg ...
2
1
4
..2. 22
4
RhRRhJ ==
g..
2
1 2 VRJ = hay 2.
2
1 RmJ = (11)
m - độ dự trữ mômen
Nhìn chung cần phải chọn động cơ cấp được mômen lớn hơn giá trị đã tính
toán. Lượng mômen dự trữ này cần thiết cho các cơ cấu hộp số cơ khí, khi hệ bôi
trơn bị khô dầu hoặc các loại ma sát khác phát sinh. Mặt khác, khi hệ cơ khí quay
với tốc độ khác nhau, ở một số tốc độ, động cơ bị cộng hưởng cũng làm giảm đi
phần nào mômen quay của nó. Cần phải chọn độ dự trữ về mômen ít nhất là 50%.
3.4.1.2 Tính toán cân nhắc trước khi lựa chọn
* Đối với động cơ bước, vòng điều khiển từ môđun điều khiển ra trục động cơ
là mạch hở không có hồi tiếp (đầu trục không gắn ta khô – mét hoặc encorder) nên
động cơ không thể “biết” nó có đáp ứng được các lệnh ra hay không. Hai trường
hợp có thể xảy ra:
- Trong trường hợp điều khiển ở chế độ cả bước hoặc nửa bước, nếu tải trọng
quá lớn động cơ có thể không dịch được bước (mất bước).
- Trong trường hợp điều khiển vi bước, động cơ có thể nhảy quá một số bước
do dòng điện điều khiển không chuẩn (trường hợp này gọi là bỏ bước).
Khắc phục hiện tượng trên có hai cách:
- Lắp encorder vào đầu trục động cơ để giám sát việc dịch bước của động cơ.
Đây là phương án tốn kém nhưng chắc chắn. Hiện nay một số hãng đã chế tạo động
cơ bước có trục hở cả hai đầu để có thể lắp được encorder. Đối với hệ điều khiển
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
36
bám sát vị trí, ngoài encorder lắp ở đầu trục động cơ còn phải lắp encorder vào đầu
trục của đối tượng điều khiển để giám sát được vị trí thật của đối tượng (có nghiã là
kiểm tra được cả hệ thống truyền động của hộp số, trục cơ…).
- Tính toán độ dự trữ thật cao và chọn môđun điều khiển thật chính xác để chắc
chắn rằng động cơ và hệ cơ khí đáp ứng trung thành các lệnh điều khiển.
* Chọn quán tính tải từ 4 đến 10 lần quán tính của động cơ.
- Với hệ chất lượng cao (chẳng hạn quay nhanh), tỷ số này 4£ .
- Với hệ chất lượng vừa phải, chọn tỷ số này từ 4 đến 10.
3.4.1.3 Chọn kích thước động cơ bằng kinh nghiệm
Kích thước động cơ có ảnh hưởng đến đặc tuyến động của cả hệ. Các yếu tố
cần tính đến là ma sát của hệ, quán tính tải và hiện tượng cộng hưởng. Như đã đề
cập, cũng một đường đặc tuyến mômen - tốc độ, động cơ nào có kích thước lớn hơn
và có quán tính rôto lớn hơn thì có khả năng thắng ma sát nghỉ và quay được tải có
quán tính lớn hơn. Việc cân nhắc này nhìn chung khá phức tạp, chủ yếu dựa vào
kinh nghiệm.
3.4.2 Thiết kế hệ cơ khí sử dụng động cơ bước và chọn động cơ
Cũng như mọi hệ truyền động khác, hệ truyền động sử dụng động cơ bước cần
có bộ giảm tốc - chuyển tải (hay đơn giản gọi là hộp số) nối ghép từ trục động cơ ra
trục quay của đối tượng. Ở đây đề cập chủ yếu hai vấn đề:
- Tính toán tỷ số truyền cho bộ giảm tốc - chuyển tải.
- Chọn phương án giảm tốc - chuyển tải.
3.4.2.1 Tính toán tỷ số truyền và chọn động cơ
Tỷ số truyền cần đáp ứng ba điều kiện sau:
- Độ phân giải về góc và tốc độ quay.
- Tăng đủ mômen quay cho tải.
- Tăng đủ quán tính quay cho tải.
* Độ phân giải về góc và tốc độ quay
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
37
Trừ trường hợp đặc biệt điều khiển theo vi bước, độ phân giải về góc của động
cơ bước cố định là a hoặc
2
a đối với điều khiển cả bước và nửa bước. (Ở đó a là
góc bước cho theo catalog, ví dụ a =1,80 ). Độ phân giải của đối tượng điều khiển
yêu cầu cao hơn nhiều, chẳng hạn 0,060 (tương ứng 6000 bước trong một vòng
quay).
Gọi tỷ số truyền là Z, độ phân giải của đối tượng là q , ta phải chọn sao cho
q
a
.2
³Z (12)
Với ví dụ trên ta phải có: 15
12,0
8,1
=³Z
Bộ giảm tốc sẽ làm giảm tốc độ quay của đối tượng so với tốc độ quay của
động cơ. Gọi tốc độ quay của đối tượng là VT, tốc độ quay của động cơ là VM, ta
phải có:
TM VZV .³ (13)
* Điều kiện về mômen
Trong trường hợp tải quay trong mặt phẳng thẳng đứng (trục quay nằm ngang)
mà mật độ trọng lực không phân bố đều và đối xứng qua tâm (có nghĩa là trọng lực
của tải có cánh tay đòn so với trục quay luôn thay đổi) thì phải lấy mômen tải (Mc)
ở giá trị cực đại để tính toán.
Nếu trục quay thẳng đứng, cần cố gắng cân bằng tải ở mọi phía theo phương
nằm ngang. Khi đã cân bằng thì mômen tải tương đối đều, trừ khi khởi động phải
thêm mômen do ma sát nghỉ sinh ra.
Trong mọi trường hợp quan hệ mômen đều phải thoả mãn:
0max .MZM < (14)
Trong đó, Mmax là giá trị lớn nhất của mômen tải;
M0 là giá trị mômen của động cơ ứng với tốc độ quay lớn nhất mà động cơ cần
phải đạt trong hệ truyền động.
* Điều kiện về quán tính quay
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
38
Quán tính quay không phụ thuộc vào trạng thái của trục quay trong không gian
(thẳng đứng, nằm ngang hay nghiêng bao nhiêu độ) mà chỉ phụ thuộc vào khối
lượng và sự phân bố mật độ khối lượng so với trục quay.
Quán tính quay của động cơ có thể tính gần đúng theo công thức 2.
2
1 RmJ = .
Quán tính quay của tải nhìn chung phải tính theo công thức dxxmJ
R
x
2
0
.ò= , nếu
không phải dựa vào kinh nghiệm và thử nghiệm.
Mối quan hệ về quán tính quay cần thoả mãn điều kiện:
2..4 ZJJ MT = (15)
JT và JM lần lượt là quán tính quay của tải và của động cơ.
Từ các phân tích ở trên, khi tính toán tỷ số truyền và chọn động cơ bước cần
làm các bước sau:
- Từ công thức
q
a
.2
³Z tính Zmin
- Thay Zmin vào 2..4 ZJJ MT = để chọn Z, nếu Zmin thoả mãn thì lấy Z0 = Zmin,
nếu không buộc phải lấy Z0 > Zmin thoả mãn công thức 2..4 ZJJ MT =
- Từ Z0 thay vào TM VZV .³ để tính min (VM) sau đó chọn VM0 > min (VM)
- Thay Z0 vào 0max .MZM < để chọn min (M0)
- Từ VM0 và min (M0) tìm động cơ có đặc tuyến mômen - tốc độ thoả mãn (tra
theo catalog).
3.4.2.2 Chọn phương án giảm tốc - chuyển tải
Khi đã có tỷ số truyền Z0, đối với hệ truyền động thông thường chỉ cần thiết kế
hộp số bằng bánh răng là được. tuy nhiên các bánh răng cần phải có bước răng và số
răng tiêu chuẩn nên hệ số truyền Z0 thường phải hiệu chỉnh một lần nữa. Quá trình
hiệu chỉnh này vẫn luôn phải để ý đến các điều kiện đã nêu ra trong khi chọn tỷ số
truyền Z0.
Đối với hệ truyền động sử dụng động cơ bước, hộp số bằng bánh răng có một
số nhược điểm sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
39
- Do chuyển động quay của động cơ bước “giật cục” từng bước và có thể đảo
chiều đột ngột (vừa quay vừa đảo chiều, không cần dừng trước khi đảo chiều) nên
các răng thường bị các xung lực đột ngột, tức là bị va đập liên tục. Hiện tượng này
làm cho bánh răng nhanh bị rơ rão, đặc biệt là các then cố định bánh răng vào đầu
trục dễ bị hỏng.
- Hệ thống cơ khí dễ bị cộng hưởng và có tiếng ồn, nhất là khi quay ở tốc độ
thấp.
Chính vì lẽ đó, đối với động cơ bước ta không nên chọn hộp số bằng bánh răng
thuần tuý mà chọn hai phương án giảm tốc sau:
+ Phương án trục vít – bánh vít
+ Phương án đai truyền có răng
Hai phương án này đều có tác dụng giảm chấn do tránh được việc phải lắp ghép
các bánh răng trực tiếp với nhau.
3.4.3 Một số đề xuất khi sử dụng động cơ bước
3.4.3.1 Động cơ bước trong hệ truyền động không có bộ giảm tốc
Đối với hệ truyền động sử dụng động cơ bước, yêu cầu về độ phân giải và tốc
độ quay luôn mâu thuẫn nhau. Để tăng độ phân giải của hệ, theo công thức (12) cần
tăng hệ số truyền Z; đồng thời để tăng được vận tốc quay của đối tượng khi vận tốc
quay của động cơ VM không tăng được nữa thì theo công thức (13) phải giảm hệ số
truyền Z.
Do đó khi cần quay một đối tượng với vận tốc cao, đồng thời vẫn phải dừng và
định vị vào vị trí chính xác với độ phân giải về góc rất lớn, ta nối trực tiếp trục động
cơ với trục quay của đối tượng (Z = 1) và điều khiển ở chế độ vi bước.
- Khi cần quay nhanh ta cho động cơ quay ở chế độ cả bước, lúc này động cơ
có thể quay nhanh như động cơ một chiều. Chẳng hạn với động cơ có độ phân giải
1,80 và tần số dịch bước là 3 kHz thì đối tượng quay với vận tốc 900 vòng/phút.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
40
- Khi sắp đến vị trí cần dừng chính xác, ta cho động cơ làm việc ở chế độ vi
bước. Gọi n là số góc vi bước trong một góc bước, θ là độ phân giải về góc của đối
tượng quay thì
q
a
=n (16)
Trong đó α là góc bước.
Ví dụ, α = 1,80 và θ = 0,060 thì n = 30, có nghĩa là mỗi góc bước được chia
thành 30 góc vi bước.
Tuy nhiên hệ truyền động không có bộ giảm tốc như vậy chỉ áp dụng được cho
các đối tượng có mômen và quán tính quay nhỏ, ví dụ như: các máy in (vị trí đầu
kim, vị trí chữ cái, nạp giấy, nạp ruy băng), máy chữ, máy vẽ, người máy, điều
khiển ổ đĩa mềm, máy khâu điện tử, máy đếm tiền, máy chụp quang, máy điện tín,
máy fax, thiết bị đồ hoạ, máy đọc băng giấy, máy nhận dạng ký tự quang, van điện
tử v.v…
Theo công thức (14) và (15) phải có:
Mmax < M0 và JT < 4.JM (17)
3.4.3.2 Lựa chọn môđun điều khiển
Như đã trình bày, việc chọn môđun điều khiển (tự thiết kế hoặc mua sẵn) phụ
thuộc vào động cơ bước sử dụng trong hệ điều khiển và yêu cầu kỹ thuật của hệ. khi
đã nắm chắc kỹ thuật điều khiển động cơ bước, ta hoàn toàn có thể tự thiết kế
môđun điều khiển phù hợp với bài toán đặt ra. Dưới đây đề xuất một vài phương án
lựa chọn trên cơ sở phân tích các điều khiển kỹ thuật – công nghệ hiện có trên thị
trường.
* Đối với động cơ hai pha
- Khi cần điều khiển từ Microproccessor nên chọn vi mạch tạo xung điều khiển
L297 của hãng SGS – THOMSON Microelectronics.
- Nếu dòng điện pha < 2A và điện áp điều khiển < 40V thì có thể ghép trực tiếp
vi mạch L297 với cầu công suất kép L298 cũng của hãng SGS – THOMSON
Microelectronics.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
41
- Nếu dòng điện yêu cầu > 2A và điện áp điều khiển < 40V thì có thể ghép song
song 2 cầu công suất L298 với 1 vi mạch L297. Giải pháp này cho dòng điện tối đa
đến 3,5A.
- Nếu sử dụng dòng điện và điện áp cao hơn, hoặc mạch điều khiển yêu cầu
phức tạp hơn thì phải tự thiết kế môđun điều khiển.
* Đối với động cơ 4 pha
- Nếu động cơ có dòng < 0,5A và điện áp điều khiển < 12V và yêu cầu điều
khiển đơn giản thì có thể chọn ngay vi mạch 14 chân SAA1027 của hãng VALVO.
- Về phần công suất, nếu không điều khiển theo kiểu điện áp hai mức và yêu
cầu về dòng – áp không cao lắm, có thể sử dụng cầu L298.
Nhìn chung với động cơ 4 pha nên điều khiển theo kiểu điện áp 2 mức. Mạch
tạo xung cho trường hợp này thích hợp hơn cả là chọn vi mạch AA2020A của hãng
Anaheim Automation. Mạch công suất cần phải tự thiết kế.
* Đối với động cơ 5 pha và nhiều pha
Môđun điều khiển và vi mạch tạo xung chưa có trên thị trường. Cần phải tự
thiết kế theo nguyên lý như đã trình bày.
* Đối với chế độ điều khiển bằng nguồn dòng và ở chế độ vi bước
Các môđun điều khiển cần phải tự thiết kế theo như nguyên lý đã trình bày.
3.4.3.3 Lựa chọn bộ giảm tốc và hệ truyền động
Có thể tự thiết kế, sử dụng phương án trục vít – bánh vít hoặc đai truyền.
3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Việc lựa chọn động cơ bước làm nguồn dẫn động cho đầu phân độ có nhiều ưu
điểm sau:
- Động cơ bước có thể dùng phương pháp điều khiển chuyển động có khả năng
hoạt động trong vòng hở mà không cần đến phản hồi vị trí. Điều này khiến cho các
hệ thống chuyển động dùng động cơ bước trở nên đơn giản hơn các hệ thống
chuyển động servo. Ngoài ra, một yếu tố hấp dẫn nữa là so với động cơ servo, động
cơ bước có giá thành thấp hơn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
42
- Khác với chuyển động servo, truyền động động cơ kết hợp với hệ thống động
cơ bước không cần phải định chỉnh. Một lợi ích khác của động cơ bước là thời gian
đáp ứng nhanh. Đối với công nghệ servo, hiệu chỉnh được tiến hành dựa trên lượng
sai lệch (độ sai lệch giữa giá trị đặt và giá trị thực) tuân theo luật điều khiển PID
vòng kín. Trong hệ thống truyền động động cơ bước không sử dụng phương pháp
tác động sau trễ mà sử dụng phương pháp tác động trước (proactive) không phụ
thuộc vào trạng thái thực và có thể được thực hiện chỉ dựa vào điều khiển.
- Động cơ có độ chính xác góc bước cao, truyền động êm, kích thước nhỏ và có
mật độ mô-men cao hơn động cơ servo do sử dụng các nam châm với thành phần
hóa học là các nguyên tố hiếm Nd-Fe-B, cho mức năng lượng cao hơn; và thay đổi
về mặt cấu trúc như bán kính rotor lớn hơn, đã cải thiện tính năng mô-men của động
cơ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
43
CHƯƠNG IV
NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC LOẠI ENCODER (BỘ MÃ HOÁ VÒNG QUAY)
4.1 GIỚI THIỆU VỀ ENCODER
Encoder (bộ mã hoá vòng quay) gồm một bộ thu phát hồng ngoại và một đĩa
chia lỗ được đặt giữa hệ thống thu phát này. Đĩa được gắn trên trục của động cơ
hoặc trục chuyển động. Quá trình đĩa chuyển động làm cho phần photo sensor thay
đổi trạng thái và tạo ra một chuỗi các xung vuông trên đầu ra. Đây là thông số kĩ
thuật quan trọng của một encoder. Tuỳ theo số lỗ trên đĩa mà số xung tạo ra trong
một vòng quay của đĩa khác nhau. Số lượng xung càng lớn nghĩa là số lỗ càng nhiều
trên một vòng tròn 360. Nghĩa là ta càng có thể điều khiển chính xác. Chúng ta có
thể thấy có nhiều loại encoder dùng từ trường hoặc trên đĩa có nhiều vòng lỗ nhưng
loại thông dụng và đơn giản nhất là sử dụng ánh sáng như trên. Trong thực tế chúng
ta có thể thấy các bộ encoder trên các động cơ DC chứ không chỉ là các thành phần
độc lập. Việc lựa chọn và sử dụng hai loại encoder này đều có những ưu và nhược
điểm riêng.
Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thể
là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc.
Encoder được chia làm 2 loại, absolute encoder và incremental encoder. Tạm
dịch là encoder tuyệt đối và encoder tương đối.
4.2 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 đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không
có lỗ (rãnh) đèn LED không chiếu xuyên qua được, chỗ có
lỗ (rãnh) đèn LED sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên
kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu
có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn LED có chiếu
qua lỗ hay không.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
44
Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu
nhận được tín hiệu đèn LED, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng.
Đây là nguyên lý rất cơ bản của encoder.
4.3 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN HOẠT ĐỘNG CỦA ENCODER
Trong hình, có một đĩa mask không quay, đó là đĩa cố định, thực ra là để che
khe hẹp ánh sáng đi qua, giúp cho việc đọc encoder được chính xác hơn.
Nguyên lý hoạt động của hai loại encoder này như thế nào?
4.3.1 Encoder tuyệt đối
Vấn đề chúng ta sẽ quan tâm ở đây, chính là vấn
đề về độ mịn của encoder, có nghĩa là làm thế nào biết
đĩa đã quay 1/2 vòng, 1/4 vòng, 1/8 vòng hay 1/n
vòng, chứ không phải chỉ biết đĩa đã quay được một
vòng.
Quay lại bài toán cơ bản về bit và số bit, chúng ta xem xét vấn đề theo một cách
hoàn toàn toán học:
Với một số nhị phân có 2 chữ số, chúng ta sẽ có 00, 01, 10, 11, tức là 4 trạng
thái. Điều đó có nghĩa là với 2 chữ số, chúng ta có thể chia đĩa encoder thành 4
phần bằng nhau. Và khi quay, chúng ta sẽ xác định được độ chính xác đến 1/4 vòng.
Tương tự như vậy, nếu với một số có n chữ số, chúng ta sẽ xác định được độ
chính xác đến 1/2n vòng.
Vậy làm thế nào để xác định 2n trạng thái này của đĩa encoder?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
45
Ở đây, ví dụ với đĩa encoder có 2 vòng đĩa. Ta sẽ thấy rằng, ở vòng trong cùng,
có một rãnh rộng bằng 1/2 đĩa. Vòng phía ngoài, sẽ có 2 rãnh nằm đối diện nhau.
Như vậy, chúng ta cần 2 đèn LED để phát xuyên qua 2 vòng lỗ, và 2 đèn thu.
Giả sử ở vòng lỗ thứ nhất (trong cùng), đèn đọc đang nằm ở vị trí có lỗ hở, thì
tín hiệu nhận được từ con mắt thu sẽ là 1. Và ở vòng lỗ thứ hai, thì chúng ta đang ở
vị trí không có lỗ, như vậy con mắt thu vòng 2 sẽ đọc được giá trị 0.
Và như vậy, với số 10, chúng ta xác định được encoder đang nằm ở góc phần tư
nào, cũng có nghĩa là chúng ta quản lý được độ chính xác của đĩa quay đến 1/4
vòng. Trong ví dụ trên, nếu đèn LED đọc được 10, thì vị trí của LED phải nằm
trong góc phần tư thứ hai, phía trên, bên trái.
Kết quả, nếu đĩa encoder có đến 10 vòng lỗ, thì chúng ta sẽ quản lý được đến
1/(210) tức là đến 1/1024 vòng. Hay người ta nói là độ phân giải của encoder là 1024
xung trên vòng (pulse per revolution - ppr).
Luôn chú ý rằng, để thiết kế encoder tuyệt đối, người ta luôn vẽ sao cho bit thứ
N (đối với encoder có N vòng lỗ) nằm ở trong cùng, có nghĩa là lỗ lớn nhất có góc
rộng 180 độ, nằm trong cùng. Bởi vì chúng ta thấy rằng, bit0 (nếu xem là số nhị
phân) sẽ thay đổi liên tục mỗi 1/2N vòng quay, vì thế, chúng ta cần rất nhiều lỗ. Nếu
đặt ở trong thì không thể nào vẽ được, vì ở trong bán kính nhỏ hơn. Ngoài ra, nếu
đặt ở trong, thì về kết cấu cơ khí, nó quá gần trục, và quá nhiều lỗ, sẽ rất yếu.
Vì hai điểm này, nên bit0 luôn đặt ở ngoài cùng, và bitN-1 luôn đặt trong cùng.
4.3.2 Eencoder tương đối
Nhận thấy một điều rằng, encoder tuyệt đối rất có lợi cho những trường hợp khi
góc quay là nhỏ, và động cơ không quay nhiều vòng. Khi đó, việc xử lý encoder
tuyệt đối trở nên dễ dàng cho người dùng hơn, vì chỉ cần đọc giá trị là chúng ta biết
ngay được vị trí góc của trục quay.
Tuy nhiên, nếu động cơ quay nhiều vòng, điều này không có lợi, bởi vì khi đó,
chúng ta phải xử lý để đếm số vòng quay của trục.
Ngoài ra, nếu thiết kế encoder tuyệt đối, chúng ta cần quá nhiều vòng lỗ, và dẫn
tới giới hạn về kích thước của encoder, bởi vì việc gia công chính xác các lỗ quá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
46
nhỏ là không thể thực hiện được. Chưa kể rằng việc thiết kế một dãy đèn LED và
con mắt thu cũng ảnh hưởng rất lớn đến kích thước giới hạn này.
Tuy nhiên, điều này được khắc phục bằng encoder tương đối một cách khá đơn
giản. Chính vì vậy, ngày nay, đa số người ta sử dụng
encoder tương đối trong những ứng dụng hiện đại. Cứ
mỗi lần quay qua một lỗ, thì encoder sẽ tăng một đơn vị
trong biến đếm.
Tuy nhiên, một vấn đề là làm sao để biết được
encoder quay hết một vòng?
Nếu cứ đếm vô hạn như thế này, thì chúng ta không thể biết được khi nào nó
quay hết một vòng. Chưa kể, mỗi lần có những rung động nào đó mà ta không quản
lý được, encoder sẽ bị sai một xung. Khi đó, nếu hoạt
động lâu dài, sai số này sẽ tích lũy. Để tránh điều tai hại
này xảy ra, người ta đưa vào thêm một lỗ định vị để
đếm số vòng đã quay của encoder.
Như vậy, cho dù có lệch xung, mà chúng ta thấy
rằng encoder đi ngang qua lỗ định vị này, thì chúng ta
sẽ biết là encoder đã bị đếm sai ở đâu đó. Nếu vì một rung động nào đó, mà chúng
ta không thấy encoder đi qua lỗ định vị, vậy thì từ số xung, và việc đi qua lỗ định vị,
chúng ta sẽ biết rõ hiện tượng sai của encoder.
Tuy nhiên, một vấn đề lớn nữa là, làm sao chúng ta
biết encoder đang xoay theo chiều nào? Bởi vì cho dù
xoay theo chiều nào, thì tín hiệu encoder cũng chỉ là
các xung đơn lẻ và xoay theo hai chiều đều giống nhau.
Chính vì vậy, người ta đặt thêm một vòng lỗ ở giữa
vòng lỗ thứ 1 và lỗ định vị.
Chú ý rằng, vị trí góc của các lỗ vòng 1 và các lỗ vòng 2 lệch nhau. Các cạnh
của lỗ vòng 2 nằm ngay giữa các lỗ vòng 1 và ngược lại.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
47
Tuy nhiên, ta sẽ thấy một điều rằng, thay vì làm 2 vòng encoder, và dùng 2 đèn
LED đặt thẳng hàng, thì người ta chỉ cần làm 1 vòng lỗ, và đặt hai đèn LED lệch
nhau.
Hình ảnh một số loại encoder thông dụng trên thị trường hiện nay
4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV
- Hiện nay trên thị trường Việt Nam có rất nhiều chủng loại encoder của nhiều
hãng trên thế giới sản xuất, trong đó có cả encoder do Việt Nam sản xuất, độ phân
giải từ 1 – 10.000 xung/vòng. Hoặc có thể đặt hàng những loại encoder có số xung
không tiêu chuẩn.
- Việc sử dụng encoder để kiểm tra và đo góc quay của đối tượng điều khiển
cho kết quả có độ chính xác cao. Tuy nhiên, độ chính xác còn phụ thuộc vào số
xung của encoder, encoder có số xung càng lớn thì cho kết quả càng chính xác, song
giá thành sẽ càng cao.
- Bên cạnh đó, để đo góc quay với độ chính xác cao có thể dùng encoder đo
gián tiếp bằng cách thêm bộ truyền cơ khí.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
48
CHƯƠNG V
XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM
5.1 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT – BÁNH VÍT DANH NGHĨA
Chọn thông số sơ bộ:
Trục vít: 5.1;1 == smk
Bánh vít: z2 = 108
+ Tính toán cho bộ truyền trục vít – bánh vít :
Chọn 4,16=q
+ Tính đường kính vòng chia:
)(6,245,1.4,16.1 mmmqdc ===
( ) ( ) )(16521085,122 mmzmDc =+=+=
+ Tính khoảng cách trục:
)(8,94
2
1656,24
2
21 mmDda ccw =
+
=
+
=
+ Tính đường kính vòng đỉnh:
)(285,1.25,26,24.25,211 mmmdd ce =+=+=
)(4,1685,1.25,2165.25,222 mmmDD ce =+=+=
+ Tính đường kính vòng chân:
)(21)4,24,16.(5,1)4,2.(1 mmqmd f =-=-=
)(4,158)4,2108.(5,1)4,2.( 22 mmzmD f =-=-=
+ Chiều rộng bánh vít:
)(2128.75,0.75,0 12 mmdb e ==£
+ Góc ôm:
( )
0
1
4,50
)5,1.5,028(
21arcsin
.5,0
arcsin »ú
û
ù
ê
ë
é
-
=ú
û
ù
ê
ë
é
-
=
md
b
e
d
+ Chiều dài phần cắt ren trục vít:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
49
)(7.1135,1.)108.6,011(.).6,011( 21 mmmzb =+=+³
Lấy )(1141 mmb =
+ Góc vít:
01 49,3
4,16
1
=Þ==÷÷
ø
ö
çç
è
æ
= ww arctgq
zarctg gg
* Giải pháp khử khe hở nâng cao độ chính xác truyền động của bộ truyền
Dùng phương pháp sử dụng trục vít hai bước để khử khe hở bằng điều chỉnh
trục vít dọc trục:
Từ công thức: 1,475,1.14,3. === mtd p
Chọn 7,41 =t (trái)
725,42 =t (phải)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
50
13
1
169,5
5
23
1
15
1
16
1
131
Ø80
48
Ø64
10
3
Ø25
15
35
48
8
86
15
35
48
94
Ø
163
Ø166
Đ
?n
g
co
b
u?
c
En
co
de
r
M
âm
c
?p
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
51
5.2 LỰA CHỌN LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC
Mô hình thiết bị lựa chọn loại động cơ bước:
Step- Syn
Type 103 - 814 – 541
DC 2.5V ; 4.6 A; 1.8 DEG/step
P/N 127K80580
LOT NO. 02726
SANYO DENKI Co., LTD
Ngoài ra, để nâng cao độ phân giải của mô hình thiết bị có thể chọn loại động
cơ bước của Hãng Autonics:
Model A200K-G599(W)-G10 ; 0,072 DEG/step.
5.3 LỰA CHỌN LOẠI ENCODER (Hãng Autonics – www.autonics.com)
Series Đường kính
trục
Xung/vòng Đầu ra Nguồn
cấp
Cáp
Đường kính
30mm, loại trục
Ф4mm 400 xung/vòng 2: A, B 5 V Loại thường
Thông số điện
Lệch pha đầu ra 900 ± 450 giữa pharse A và pharse B
Ngõ ra điều khiển Dòng tải: Max. 30mA, Điện áp dư: Max. 0.4VDC
Thời gian đáp ứng
(Rise/Fall)
Max. 1µs (5VDC: tải trở 820Ω)
Tần số đáp ứng 180kHz
Dòng tiêu thụ Max.60mA (không kết nối với tải), Line drive output: Mã. 50mA
(không kết nối với tải)
Điện trở cách ly Min.100M Ω (at 500VDC)
Cường độ điện
môi
750VAC 50/60Hz trong vòng 1 phút (giữa các bộ phận bên trong
và vỏ bọc bên ngoài)
Kiểu kết nối Loại ngõ ra có cable kết nối
Thông số cơ khí
Momen khởi động Max. 20gf.cm (0.002Nm)
Momen quán tính Max. 20g.cm2 (2x10-6kg.m2)
Tải trên trục Phương ngang: Max.2kgf, Phương dọc: Max.1kgf
Độ lệch của trục Phương ngang: Max.0.1mm, Phương dọc: Max.0.2mm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
52
Số vòng quay cho
phép tối đa
27 rpm
Chịu rung động Biên độ 1.5mm ở tần số 10 ~55 Hz
trong 2 giờ theo các hướng X, Y, Z
Chịu sốc Max.50G
Nhiệt độ xung quanh Hoạt động: -10 ~ 700C (không đóng băng) Cất giữ: -25 ~ 850C
Độ ẩm xung quanh Hoạt động: 35 ~ 85%RH. Cất giữ: 35 ~ 95%RH
Cấp độ bảo vệ IP50 (IEC specification)
Cáp 5P, (Line driver: 8P) Ф5mm, Length: 2m, Shield cable (Basic)
Phụ kiện Khớp nối Ф4mm
Khối lượng Xấp xỉ 80g
Chứng nhận CE (Except Line driver output)
5.4 TÍNH TOÁN CHO ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM
Với bộ truyền trục vít – bánh vít thiết kế có tỷ số truyền là
108
1 và encoder 400
xung thì ta có độ phân giải của đầu phân độ như sau:
Động cơ có góc bước là 1,80 quay 1 vòng (3600) tương đương với 200 bước thì
bánh vít quay đi 1 răng, tức là quay được 0
0
3333333,3
108
360
=
Vậy, khi động cơ quay 1 bước (tương đương 1,80) thì bánh vít quay được
'0
0
00
10166667,0
360
8,1.3333333,3
==
Như vậy ta có độ phân giải của đầu phân độ là 1’.
Từ công thức (51) ta có:
q
a
=n
Trong đó α là góc bước, θ là góc phân giải, n là góc vi bước.
Với α = 1,80 và θ = 1’ thì n = 6480 vi bước, có nghĩa là mỗi góc bước được chia
thành 6480 góc vi bước.
Ta có thể chọn loại encoder có số xung là 6480 xung, hoặc có thể lập trình điều
khiển 1 vi bước của động cơ tương đương với 0617284,0
6480
400
= xung của loại
encoder 400 xung.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
53
Để tăng độ phân giải của đầu phân độ tới 1” thì ta có chọn phương án sau:
Sử dụng loại động cơ bước của hãng Autonics hiện có trên thị trường: Kích
thước 85 vuông, Model A200K-G599(W)-G10, góc bước 0,0720.
Vậy, với α = 0,0720 và θ = 1” thì ta có 2,259
1
60.60.072,0
==n vi bước
Ta chọn loại encoder có số xung là 260 xung và lập trình điều khiển 1 vi bước
của động cơ tương đương với 0030,1
2,259
260
= xung của encoder.
Tuy nhiên, với loại động cơ bước có độ phân giải cao và mômen quay lớn thì
giá thành sẽ tăng lên.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
54
5.5 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC
5.5.1 Sơ đồ bảng mạch điều khiển
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
55
5.5.2 Lập trình điều khiển
INCLUDE 8051.mc
ORG 0000H
;_____________________________________
DTA BIT P1.0
CLK BIT P1.1
LOA BIT P1.2
PHA_DO BIT P1.7
PHA_CAM BIT P1.6
PHA_VANG BIT P1.5
PHA_XANH BIT P1.4
MOV P1,#0
CT_TREN BIT P3.0
CT_PHAI BIT P3.1
CT_GIUA BIT P3.2
NUT_TRAI BIT P3.3
CT_DUOI BIT P3.4
CT_CUOI BIT P3.5
______________________________________________________________:
LED_1 EQU 21H
LED_2 EQU 22H
LED_3 EQU 24H
LED_4 EQU 25H
LED_5 EQU 27H
LED_6 EQU 28H
LED_7 EQU 29H
NHO_TAM EQU 30H
;____________________________________________________________
VI_TRI_LED_NHAY EQU 31H
DEM_VONG_1 EQU 32H
DEM_VONG_2 EQU 33H
SO_PHUT EQU 34H
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
56
SO_1_PHUT EQU 35H
SO_10_PHUT EQU 36H
SO_1_DO EQU 37H
SO_10_DO EQU 38H
SO_100_DO EQU 39H
;____________________________________________________________
TATLED DATA 10
;____________________________________________________________
MOV LED_1,#0; LED BEN PHAI, NGOAI CUNG
MOV LED_2,#0
MOV LED_3,#0
MOV LED_4,#0
MOV LED_5,#0
MOV LED_6,#0
MOV LED_7,#0; LED BEN TRAI, NGOAI CUNG
MOV VI_TRI_LED_NHAY,#7
;____________________________________________________________
SETB PHA_DO
SETB PHA_CAM
SETB PHA_VANG
SETB PHA_XANH
;CALL QUAY_1_PHUT
;CALL QUAY_1_DO
;MOV SO_BUOC,#10
;CALL QUAY_SO_BUOC
;*******************************************
CALL XOA_LED_VE_O
MAIN:
JB CT_PHAI,THAY_DOI_LED
MOV SO_100_DO,LED_7
CALL QUAY_SO_100_DO
MOV SO_10_DO,LED_6
CALL QUAY_SO_10_DO
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
57
MOV SO_1_DO,LED_5
CALL QUAY_SO_1_DO
;***************************
DK1:; CA 2 LED = 0 ?
MOV A,LED_4
ADD A,LED_3
CJNE A,#0,DK2
JMP MAIN
DK2: ; LED4=0 ?
MOV A,LED_4
CJNE A,#0,DK3
MOV SO_PHUT,LED_3
CALL QUAY_SO_PHUT
JMP THAY_DOI_LED
DK3: ; SO_PHUT = LED4*10+LED3 <= 99
MOV A,LED_4
MOV B,#10
MUL AB
ADD A,LED_3
MOV SO_PHUT,A
CALL QUAY_SO_PHUT
;**************************
THAY_DOI_LED:
JB CT_GIUA,MAIN
;*******************************************
NHAY_LED_7:
MOV NHO_TAM,LED_7
MOV LED_7,#TATLED
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
MOV LED_7,NHO_TAM
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
AN_NUT_DUOI_7:
JB CT_DUOI,AN_NUT_TREN_7
CALL GIAM_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_TREN_7:
JB CT_TREN,AN_NUT_GIUA_7
CALL TANG_SO_DEM_1_LED
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
58
AN_NUT_GIUA_7:
JB CT_GIUA,NHAY_LED_7
MOV R1,VI_TRI_LED_NHAY
DEC R1
MOV VI_TRI_LED_NHAY,R1
;*******************************************
NHAY_LED_6:
MOV NHO_TAM,LED_6
MOV LED_6,#TATLED
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
MOV LED_6,NHO_TAM
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
AN_NUT_DUOI_6:
JB CT_DUOI,AN_NUT_TREN_6
CALL GIAM_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_TREN_6:
JB CT_TREN,AN_NUT_GIUA_6
CALL TANG_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_GIUA_6:
JB CT_GIUA,NHAY_LED_6
MOV R1,VI_TRI_LED_NHAY
DEC R1
MOV VI_TRI_LED_NHAY,R1
;*******************************************
NHAY_LED_5:
MOV NHO_TAM,LED_5
MOV LED_5,#TATLED
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
MOV LED_5,NHO_TAM
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
AN_NUT_DUOI_5:
JB CT_DUOI,AN_NUT_TREN_5
CALL GIAM_SO_DEM_1_LED
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
59
AN_NUT_TREN_5:
JB CT_TREN,AN_NUT_GIUA_5
CALL TANG_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_GIUA_5:
JB CT_GIUA,NHAY_LED_5
MOV R1,VI_TRI_LED_NHAY
DEC R1
MOV VI_TRI_LED_NHAY,R1
;*******************************************
NHAY_LED_4:
MOV NHO_TAM,LED_4
MOV LED_4,#TATLED
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
MOV LED_4,NHO_TAM
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
AN_NUT_DUOI_4:
JB CT_DUOI,AN_NUT_TREN_4
CALL GIAM_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_TREN_4:
JB CT_TREN,AN_NUT_GIUA_4
CALL TANG_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_GIUA_4:
JB CT_GIUA,NHAY_LED_4
MOV R1,VI_TRI_LED_NHAY
DEC R1
MOV VI_TRI_LED_NHAY,R1
;*******************************************
NHAY_LED_3:
MOV NHO_TAM,LED_3
MOV LED_3,#TATLED
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
MOV LED_3,NHO_TAM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
60
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
AN_NUT_DUOI_3:
JB CT_DUOI,AN_NUT_TREN_3
CALL GIAM_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_TREN_3:
JB CT_TREN,AN_NUT_GIUA_3
CALL TANG_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_GIUA_3:
JB CT_GIUA,NHAY_LED_3
MOV R1,VI_TRI_LED_NHAY
DEC R1
MOV VI_TRI_LED_NHAY,R1
;*******************************************
NHAY_LED_2:
MOV NHO_TAM,LED_2
MOV LED_2,#TATLED
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
MOV LED_2,NHO_TAM
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
AN_NUT_DUOI_2:
JB CT_DUOI,AN_NUT_TREN_2
CALL GIAM_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_TREN_2:
JB CT_TREN,AN_NUT_GIUA_2
CALL TANG_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_GIUA_2:
JB CT_GIUA,NHAY_LED_2
MOV R1,VI_TRI_LED_NHAY
DEC R1
MOV VI_TRI_LED_NHAY,R1
;*******************************************
NHAY_LED_1:
MOV NHO_TAM,LED_1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
61
MOV LED_1,#TATLED
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
MOV LED_1,NHO_TAM
CALL HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED
CALL TRE_1
AN_NUT_DUOI_1:
JB CT_DUOI,AN_NUT_TREN_1
CALL GIAM_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_TREN_1:
JB CT_TREN,AN_NUT_GIUA_1
CALL TANG_SO_DEM_1_LED
AN_NUT_GIUA_1:
JB CT_GIUA,NHAY_LED_1
CALL TRE_3
MOV VI_TRI_LED_NHAY,#7
;*******************************************
JMP MAIN
__________________________________________________________YY:
TANG_SO_DEM_1_LED:
MOV R1,VI_TRI_LED_NHAY
TANG_LED_1:
CJNE R1,#1,TANG_LED_2
MOV R1,LED_1
INC R1
CJNE R1,#10,AAA1
MOV R1,#0
AAA1:
MOV LED_1,R1
JMP THOAT_TANG
TANG_LED_2:
CJNE R1,#2,TANG_LED_3
MOV R1,LED_2
INC R1
CJNE R1,#10,AAA2
MOV R1,#0
AAA2:
MOV LED_2,R1
JMP THOAT_TANG
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
62
TANG_LED_3:
CJNE R1,#3,TANG_LED_4
MOV R1,LED_3
INC R1
CJNE R1,#10,AAA3
MOV R1,#0
AAA3:
MOV LED_3,R1
JMP THOAT_TANG
TANG_LED_4:
CJNE R1,#4,TANG_LED_5
MOV R1,LED_4
INC R1
CJNE R1,#10,AAA4
MOV R1,#0
AAA4:
MOV LED_4,R1
JMP THOAT_TANG
TANG_LED_5:
CJNE R1,#5,TANG_LED_6
MOV R1,LED_5
INC R1
CJNE R1,#10,AAA5
MOV R1,#0
AAA5:
MOV LED_5,R1
JMP THOAT_TANG
TANG_LED_6:
CJNE R1,#6,TANG_LED_7
MOV R1,LED_6
INC R1
CJNE R1,#10,AAA6
MOV R1,#0
AAA6:
MOV LED_6,R1
JMP THOAT_TANG
TANG_LED_7:
CJNE R1,#7,THOAT_TANG
MOV R1,LED_7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
63
INC R1
CJNE R1,#10,AAA7
MOV R1,#0
AAA7:
MOV LED_7,R1
THOAT_TANG:
RET
__________________________________________________________YYH:
GIAM_SO_DEM_1_LED:
MOV R1,VI_TRI_LED_NHAY
GIAM_LED_1:
CJNE R1,#1,GIAM_LED_2
MOV R1,LED_1
DEC R1
CJNE R1,#255,LLL1
MOV R1,#9
LLL1:
MOV LED_1,R1
JMP THOAT_GIAM
GIAM_LED_2:
CJNE R1,#2,GIAM_LED_3
MOV R1,LED_2
DEC R1
CJNE R1,#255,LLL2
MOV R1,#9
LLL2:
MOV LED_2,R1
JMP THOAT_GIAM
GIAM_LED_3:
CJNE R1,#3,GIAM_LED_4
MOV R1,LED_3
DEC R1
CJNE R1,#255,LLL3
MOV R1,#9
LLL3:
MOV LED_3,R1
JMP THOAT_GIAM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
64
GIAM_LED_4:
CJNE R1,#4,GIAM_LED_5
MOV R1,LED_4
DEC R1
CJNE R1,#255,LLL4
MOV R1,#9
LLL4:
MOV LED_4,R1
JMP THOAT_GIAM
GIAM_LED_5:
CJNE R1,#5,GIAM_LED_6
MOV R1,LED_5
DEC R1
CJNE R1,#255,LLL5
MOV R1,#9
LLL5:
MOV LED_5,R1
JMP THOAT_GIAM
GIAM_LED_6:
CJNE R1,#6,GIAM_LED_7
MOV R1,LED_6
DEC R1
CJNE R1,#255,LLL6
MOV R1,#9
LLL6:
MOV LED_6,R1
JMP THOAT_GIAM
GIAM_LED_7:
CJNE R1,#7,THOAT_GIAM
MOV R1,LED_7
DEC R1
CJNE R1,#255,LLL7
MOV R1,#9
LLL7:
MOV LED_7,R1
THOAT_GIAM:
RET
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
65
;CALL hien_thi_led
__________________________________________________:
QUAY_THUAN:
BUOC_1:
CLR PHA_XANH
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_XANH
CALL TRE_DONG_CO
;**************************
JB NUT_TRAI,BUOC_2
JMP MAIN
BUOC_2:
;**************************
CLR PHA_VANG
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_VANG
CALL TRE_DONG_CO
;**************************
JB NUT_TRAI,BUOC_3
JMP MAIN
BUOC_3:
;**************************
CLR PHA_CAM
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_CAM
CALL TRE_DONG_CO
;**************************
JB NUT_TRAI,BUOC_4
JMP MAIN
BUOC_4:
;**************************
CLR PHA_DO
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_DO
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
66
CALL TRE_DONG_CO
;**************************
JB NUT_TRAI,BUOC_5
JMP MAIN
BUOC_5:
;**************************
JMP QUAY_THUAN
__________________________________________________DS:
QUAY_SO_BUOC:
; LAY SO DO CUA BANH VIT
MOV R0,#0
BBUOC_1:
CLR PHA_XANH
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_XANH
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,SO_PHUT,BBUOC_2
RET
;**************************
BBUOC_2:
CALL TRE_DONG_CO
CLR PHA_VANG
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_VANG
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,SO_PHUT,BBUOC_3
RET
;**************************
BBUOC_3:
CALL TRE_DONG_CO
CLR PHA_CAM
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_CAM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
67
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,SO_PHUT,BBUOC_4
RET
;**************************
BBUOC_4:
CALL TRE_DONG_CO
CLR PHA_DO
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_DO
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,SO_PHUT,BBUOC_LAI
RET
;**************************
BBUOC_LAI:
CALL TRE_DONG_CO
JMP BBUOC_1
__________________________________________________DDFSDS:
QUAY_SO_PHUT:
; LAY SO DO CUA BANH VIT
MOV R0,#0
PBBUOC_1:
CLR PHA_XANH
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_XANH
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,SO_PHUT,PBBUOC_2
RET
;**************************
PBBUOC_2:
CALL TRE_DONG_CO
CLR PHA_VANG
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
68
SETB PHA_VANG
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,SO_PHUT,PBBUOC_3
RET
;**************************
PBBUOC_3:
CALL TRE_DONG_CO
CLR PHA_CAM
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_CAM
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,SO_PHUT,PBBUOC_4
RET
;**************************
PBBUOC_4:
CALL TRE_DONG_CO
CLR PHA_DO
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_DO
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,SO_PHUT,PBBUOC_LAI
RET
;**************************
PBBUOC_LAI:
CALL TRE_DONG_CO
JMP PBBUOC_1
__________________________________________________DDFSDCFADSFDS:
QUAY_1_DO:;(1 DO = 60 PHUT )
MOV SO_PHUT,#60
; LAY SO DO CUA BANH VIT
MOV R0,#0
PBBUOC_11:
CLR PHA_XANH
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
69
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_XANH
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,SO_PHUT,PBBUOC_21
RET
;**************************
PBBUOC_21:
CALL TRE_DONG_CO
CLR PHA_VANG
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_VANG
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,SO_PHUT,PBBUOC_31
RET
;**************************
PBBUOC_31:
CALL TRE_DONG_CO
CLR PHA_CAM
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_CAM
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,SO_PHUT,PBBUOC_41
RET
;**************************
PBBUOC_41:
CALL TRE_DONG_CO
CLR PHA_DO
CALL TRE_XUNG
;CALL TRE_3
SETB PHA_DO
INC R0
MOV A,R0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
70
CJNE A,SO_PHUT,PBBUOC_LAI1
RET
;**************************
PBBUOC_LAI1:
CALL TRE_DONG_CO
JMP PBBUOC_11
__________________________________________________DDFSLLDCFADSFDS:
QUAY_SO_100_DO:
MOV A,SO_100_DO
CJNE A,#0,QUAY_100
RET
QUAY_100:
MOV R6,#0
QQQQQQQ0:
MOV R7,#0
QUAY_10_DO0:
CALL QUAY_1_DO
INC R7
MOV A,R7
CJNE A,#100,QUAY_10_DO0
INC R6
MOV A,R6
CJNE A,SO_100_DO,QQQQQQQ0
RET
__________________________________________________DDFSLLDCFADBBSFDS:
QUAY_SO_10_DO:
MOV A,SO_10_DO
CJNE A,#0,QUAY_10
RET
QUAY_10:
MOV R6,#0
QQQQQQQ:
MOV R7,#0
QUAY_10_DO:
CALL QUAY_1_DO
INC R7
MOV A,R7
CJNE A,#10,QUAY_10_DO
INC R6
MOV A,R6
CJNE A,SO_10_DO,QQQQQQQ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
71
RET
__________________________________________________DDFSLLDCFADSFDCFGHFDS:
QUAY_SO_1_DO:
MOV A,SO_1_DO
CJNE A,#0,QUAY_1
RET
QUAY_1:
MOV R7,#0
QUAY_DOO:
CALL QUAY_1_DO
INC R7
MOV A,R7
CJNE A,SO_1_DO,QUAY_DOO
RET
_________________________________________________________:
;************************************
DICH_A:
CALL SO_SANH_A
MOV R7,#0
DICH:
RLC A
MOV DTA,C
SETB CLK
;CALL DELAY
CLR CLK
;CALL DELAY
INC R7
CJNE R7,#8,DICH
;CALL DELAY
; CLR LOA
;CALL DELAY
; SETB LOA
RET
;___________________________________________
SO_SANH_A:
S_0:
CJNE A,#0,S_1
MOV A,#00000101B
RET
S_1:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
72
CJNE A,#1,S_2
MOV A,#00111111B
RET
S_2:
CJNE A,#2,S_3
MOV A,#01000110B
RET
S_3:
CJNE A,#3,S_4
MOV A,#00010110B
RET
S_4:
CJNE A,#4,S_5
MOV A,#00111100B
RET
S_5:
CJNE A,#5,S_6
MOV A,#10010100B
RET
S_6:
CJNE A,#6,S_7
MOV A,#10000100B
RET
S_7:
CJNE A,#7,S_8
MOV A,#00110111B
RET
S_8:
CJNE A,#8,S_9
MOV A,#00000100B
RET
S_9:
CJNE A,#9,TAT_LED
MOV A,#00010100B
RET
TAT_LED:
MOV A,#11111111B
RET
;*******************
TIMER_A:
MOV R1,A
MOV R2,#0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
73
MOV R3,#0
LOOP1WW:
DJNZ R3,LOOP1WW
DJNZ R2,LOOP1WW
DJNZ R1,LOOP1WW
RET
________________________________________________:
TIMER:
MOV R1,#1
MOV R2,#0
;MOV R3,#0
LOO:
;DJNZ R3,LOO
DJNZ R2,LOO
DJNZ R1,LOO
RET
________________________________________________D:
TRE_XUNG:
MOV R1,#20
MOV R2,#0
LOOX:
DJNZ R2,LOOX
DJNZ R1,LOOX
RET
________________________________________________DCVVDXF:
TRE_1:
MOV R1,#1
MOV R2,#0
MOV R3,#0
LOOXQ:
DJNZ R3,LOOXQ
DJNZ R2,LOOXQ
DJNZ R1,LOOXQ
RET
________________________________________________DD¸CVVDXF:
TRE_DONG_CO:
MOV R1,#10
MOV R2,#0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
74
;MOV R3,#0
LOOXQC:
;DJNZ R3,LOOXQC
DJNZ R2,LOOXQC
DJNZ R1,LOOXQC
RET
________________________________________________DCVSDFSVDXF:
TRE_2:
MOV R1,#2
MOV R2,#0
MOV R3,#0
LOOXQA:
DJNZ R3,LOOXQA
DJNZ R2,LOOXQA
DJNZ R1,LOOXQA
RET
________________________________________________DCVSDFSDSFVDXF:
TRE_3:
MOV R1,#3
MOV R2,#0
MOV R3,#0
LOOXQA3:
DJNZ R3,LOOXQA3
DJNZ R2,LOOXQA3
DJNZ R1,LOOXQA3
RET
;*******************
DELAY1:
MOV R1,#255
LOOPg:
DJNZ R1,LOOPg
RET
________________________________ssBHZFBGs:
hien_thi_led:
MOV R5,#0
MOV R6,#0
START_1:
MOV A,R5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
75
CALL DICH_A
INC R6
CJNE R6,#100,START_1
MOV R6,#0
SETB LOA
MOV A,#5
CALL TIMER_A
CLR LOA
INC R5
CJNE R5,#10,START_1
MOV R5,#0
JMP hien_thi_led
_________________________________________________________K:
XOA_LED_VE_O:
START_XOA:
MOV A,#0
CALL DICH_A
INC R6
CJNE R6,#20,START_XOA
SETB LOA
MOV A,#5
CALL TIMER_A
CLR LOA
RET
________________________________________________________xd_K:
HIEN_THI_SO_VONG_TREN_LED:
MOV A,LED_1
CALL DICH_A
MOV A,LED_2
CALL DICH_A
;MOV A,#0
;CALL DICH_A
MOV A,LED_3
CALL DICH_A
MOV A,LED_4
CALL DICH_A
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
76
;MOV A,#0
;CALL DICH_A
MOV A,LED_5
CALL DICH_A
MOV A,LED_6
CALL DICH_A
MOV A,LED_7
CALL DICH_A
SETB LOA
MOV A,#1
CALL TIMER_A
CLR LOA
RET
5.6 THAO TÁC ĐIỀU KHIỂN PHÂN ĐỘ
Bước 1: Bật nguồn ON/OFF
Bước 2: Reset
Bước 3: Nhập giá trị cần phân độ trên bảng điều khiển
Bước 4: Enter
Bước 5: Kẹp chặt và gia công.
Để tiếp tục gia công tiếp, ta reset lại và nhập giá trị cần phân độ.
5.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG V
Mô hình thiết bị thử nghiệm đã hoạt động theo đúng nội dung và đạt kết quả
như tính toán. Tuy độ phân giải của mô hình chưa cao, mới chỉ phân giải đến 1’
song cũng đã đánh giá được độ chính xác và những ưu điểm về cách thức sử dụng
của thiết bị so với đầu phân độ truyền thống.
Việc tăng độ phân giải của thiết bị (đến 1”) phụ thuộc vào việc lựa chọn và sử
dụng động cơ bước và encoder và phụ thuộc nhiều vào việc thiết kế mạch điều
khiển động cơ và encoder. Hiện nay, động cơ bước của một số hãng sản xuất có thể
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
77
đáp ứng được độ phân giải (góc bước) rất cao, bên cạnh đó việc lập trình vi bước để
điều khiển động cơ đã được áp dụng rộng rãi. Do đó, hoàn toàn có thể nâng cao
được độ phân giải của thiết bị theo mục đích sử dụng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
78
CHƯƠNG VI
ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN
6.1 ĐÁNH GIÁ
- Thiết bị dễ thiết kế gia công, hoạt động của mô hình đáp ứng được những yêu
cầu đề ra.
- Thao tác phân độ dễ dàng, không cần tính toán.
- Độ chính xác cao do được đo bằng encoder.
- Việc lựa chọn động cơ và encoder dễ dàng, kinh tế.
6.2 KẾT LUẬN
Phương pháp phân độ bằng đầu phân độ truyền thống được sử dụng rộng rãi
trong cơ khí chế tạo. Tuy nhiên, việc thao tác phân độ thường phải mất thời gian
cho việc tính toán trong khi gia công, đối với những trường hợp phức tạp như phân
độ ra các góc không đều nhau thì việc sử dụng đầu phân độ truyền thống mất nhiều
thời gian cho việc tính toán. Trong trường hợp phức tạp thì khi tính toán chỉ lấy
được số gần đúng so với dãy số có trong bảng tra, như vậy ảnh hưởng nhiều đến độ
chính xác, năng suất và hiệu gia công.
Luận văn xây dựng ý tưởng thiết kế mô hình thiết bị phân độ kỹ thuật số sử
dụng động cơ bước làm nguồn dẫn động cho đầu phân độ và sử dụng encoder để
kiểm tra góc quay của đối tượng điều khiển thay thế cho đầu phân độ truyền thống.
Việc lựa chọn động cơ bước làm nguồn dẫn động cho đầu phân độ và sử dụng
encoder để đo kiểm tra góc quay có nhiều ưu điểm sau:
- Động cơ bước có thể dùng phương pháp điều khiển chuyển động có khả năng
hoạt động trong vòng hở mà không cần đến phản hồi vị trí. Điều này khiến cho các
hệ thống chuyển động dùng động cơ bước trở nên đơn giản hơn các hệ thống
chuyển động servo. Ngoài ra, một yếu tố hấp dẫn nữa là so với động cơ servo, động
cơ bước có giá thành thấp hơn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
79
- Khác với chuyển động servo, truyền động động cơ kết hợp với hệ thống động
cơ bước không cần phải định chỉnh. Một lợi ích khác của động cơ bước là thời gian
đáp ứng nhanh.
- Động cơ có độ chính xác góc bước cao, truyền động êm, kích thước nhỏ và có
mật độ mô-men cao hơn động cơ servo.
- Việc sử dụng encoder để kiểm tra và đo góc quay của đối tượng điều khiển
cho kết quả có độ chính xác cao. Bên cạnh đó, để đo góc quay với độ chính xác cao
có thể dùng encoder đo gián tiếp bằng cách thêm bộ truyền cơ khí.
Mô hình thiết bị thử nghiệm đã hoạt động theo đúng nội dung và đạt kết quả
như tính toán. Tuy độ phân giải của mô hình chưa cao, mới chỉ phân giải đến 1’
song cũng đã đánh giá được độ chính xác và những ưu điểm về cách thức sử dụng
của thiết bị so với đầu phân độ truyền thống.
Việc tăng độ phân giải của thiết bị (đến 1”) phụ thuộc vào việc lựa chọn và sử
dụng động cơ bước và encoder và phụ thuộc nhiều vào việc thiết kế mạch điều
khiển động cơ và encoder. Hiện nay, động cơ bước của một số hãng sản xuất có thể
đáp ứng được độ phân giải (góc bước) rất cao, bên cạnh đó việc lập trình vi bước để
điều khiển động cơ đã được áp dụng rộng rãi. Do đó, hoàn toàn có thể nâng cao
được độ phân giải của thiết bị theo mục đích sử dụng.
Nội dung luận văn đã cơ bản đáp ứng được những mục tiêu đã đề ra. Đây là
hướng nghiên cứu ứng dụng vào thực tế và luận văn đã phần nào giải quyết được
vấn đề quan tâm hiện nay, đó là ứng dụng sản phẩm cơ điện tử có độ chính xác cao,
thao tác đơn giản thay thế cho sản phẩm cơ khí truyền thống mất nhiều thời gian
cho việc điều chỉnh tính toán phức tạp.
Tuy nhiên bên cạnh đó, luận văn còn nhiều điểm cần quan tâm và thảo luận hơn.
Ví dụ như việc lựa chọn động cơ, lựa chọn encoeder và thiết kế vi mạch điều khiển
phù hợp cho thiết bị. Và đây cũng là vấn đề có thể tiếp tục nghiên cứu phát triển sau
này.
------------------------------
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
80
TÀI LIỆU THAM KHẢO
* Handbook of Small Electric Motors
William H. Yeadon and Alan W, Yeadon, eds.
McGraw-Hill, c2001.
LC number: TK 2537. H34 2001
* Stepping motors: a guide to modern theory and practice
Acarnley, P.P
P. Peregrinus on behalf of the IEE, 1984, c 1982.
LC number: TK 2537. A28 1984
* Understanding various types of Stepper Motors And Controlling it through
Parallel Port
BHASKAR GUPTA
I Year student. B.Tech
Indian Institute of Information Technology, Allahabad.India.
Homepage:
* Anaheim Automation.
Introduction to Step Motor Systems
http:// www.anaheimautomaition.com.htm/
* SGS - T
Homson microelectronics Application Note - The L297 stepper Motor controller
* Phạm Quang Lê, Hỏi và đáp về Kỹ thuật Phay, NXB Khoa học và Kỹ thuật,
1971.
* Nguyễn Quang Hùng - Trần Ngọc Bình, Động cơ bước: Kỹ thuật điều khiển
và ứng dụng, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2003.
* Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy (tập 1, 2) , NXB Giáo dục, 2003.
* Các loại đầu phân độ truyền thống.
* Các loại động cơ bước, các loại encoder có mặt tại Việt Nam.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
81
PHẦN DÀNH ĐỂ GHI CÁC Ý KIẾN NHẬN XÉT
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
82
PHẦN DÀNH ĐỂ GHI CÁC Ý KIẾN NHẬN XÉT
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị dịch chuyển góc hai trục NC.pdf