Đề tài Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị chuyển dịch góc hai trục NC

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