Giáo Trình Bài Tập Tổng Hợp Cơ Điện Tử Nghề Cơ Điện Tử Trình Độ Cao Đẳng

Giáo trình nghiên cứu bài tập tổng hợp cơ điện tử nghề cơ điện tử trình độ cao đẳng, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên kỹ thuật.

• Tác giả: Nguyễn Thái Thuận
• Trường học: Trường Cao Đẳng Nghề Ninh Thuận
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Bài Tập Tổng Hợp Cơ Điện Tử
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Ninh Thuận

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. Bài 1: LÝ THUYẾT MỜ
• 1.1. Một số khái niệm cơ bản
• 1.2. Định nghĩa tập mờ
• 1.3. Các phép toán của logic mờ
• 1.4. Cấu trúc bên trong một bộ điều khiển mờ có dạng
• 2. ỨNG DỤNG LOGIC MỜ TRONG ĐIỀU KHIỂN
• 2.1. Thiết kế ứng dụng
• 2.1.1. Bài tập 1: Xe tránh vật cản dùng sóng siêu âm
• 2.1.2. Bài tập 2: điều khiển robot bám line
• Phụ lục
• Phụ lục. Code PID cho mạch arduino UNO
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Giáo Trình Cơ Điện Tử Dành Cho Sinh Viên Cao Đẳng

Giáo trình Cơ Điện Tử là tài liệu quan trọng trong việc đào tạo sinh viên cao đẳng. Nó cung cấp kiến thức cơ bản và nâng cao về lĩnh vực này, giúp sinh viên nắm vững các khái niệm và ứng dụng thực tiễn. Nội dung giáo trình được biên soạn theo chương trình khung của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội, đảm bảo tính cập nhật và phù hợp với nhu cầu thực tế trong sản xuất.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Giáo Trình Cơ Điện Tử

Giáo trình Cơ Điện Tử không chỉ cung cấp lý thuyết mà còn tích hợp thực hành, giúp sinh viên áp dụng kiến thức vào thực tế. Điều này rất cần thiết trong bối cảnh công nghiệp hiện đại.

1.2. Nội Dung Chính Của Giáo Trình

Nội dung giáo trình bao gồm lý thuyết mờ, ứng dụng logic mờ trong điều khiển và bộ điều khiển tỷ lệ PID. Mỗi phần đều có bài tập thực hành để củng cố kiến thức.

II. Những Thách Thức Trong Việc Học Cơ Điện Tử

Sinh viên thường gặp nhiều thách thức khi học Cơ Điện Tử, từ việc hiểu các khái niệm lý thuyết đến việc áp dụng chúng vào thực tế. Các vấn đề như thiếu tài liệu tham khảo, khó khăn trong việc thực hành và áp dụng công nghệ mới là những trở ngại lớn.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Hiểu Lý Thuyết

Nhiều sinh viên gặp khó khăn trong việc nắm bắt các khái niệm lý thuyết phức tạp như logic mờ và điều khiển tự động. Việc này đòi hỏi sự kiên nhẫn và thời gian để nghiên cứu.

2.2. Thiếu Tài Liệu Tham Khảo

Tài liệu tham khảo về Cơ Điện Tử còn hạn chế, khiến sinh viên khó khăn trong việc tìm kiếm thông tin và kiến thức bổ sung. Điều này ảnh hưởng đến quá trình học tập và nghiên cứu.

III. Phương Pháp Học Hiệu Quả Trong Cơ Điện Tử

Để vượt qua những thách thức, sinh viên cần áp dụng các phương pháp học hiệu quả. Việc kết hợp lý thuyết với thực hành, tham gia các dự án thực tế và làm việc nhóm sẽ giúp nâng cao kỹ năng và kiến thức.

3.1. Kết Hợp Lý Thuyết Với Thực Hành

Việc thực hành các bài tập trong giáo trình sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về lý thuyết. Thực hành là cách tốt nhất để củng cố kiến thức và kỹ năng.

3.2. Tham Gia Dự Án Thực Tế

Tham gia vào các dự án thực tế sẽ giúp sinh viên áp dụng kiến thức vào thực tiễn, từ đó nâng cao khả năng giải quyết vấn đề và sáng tạo.

IV. Ứng Dụng Cơ Điện Tử Trong Thực Tiễn

Cơ Điện Tử có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như tự động hóa, robot, và điều khiển. Việc hiểu rõ các ứng dụng này sẽ giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan và định hướng nghề nghiệp rõ ràng hơn.

4.1. Ứng Dụng Trong Tự Động Hóa

Cơ Điện Tử đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa sản xuất, giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu sai sót trong quy trình.

4.2. Ứng Dụng Trong Robot

Robot sử dụng công nghệ Cơ Điện Tử để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp, từ sản xuất đến dịch vụ, mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp cho sinh viên.

V. Kết Luận Về Giáo Trình Cơ Điện Tử

Giáo trình Cơ Điện Tử là tài liệu thiết yếu cho sinh viên cao đẳng. Nó không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn giúp sinh viên phát triển kỹ năng thực hành. Tương lai của ngành Cơ Điện Tử hứa hẹn sẽ phát triển mạnh mẽ với sự tiến bộ của công nghệ.

5.1. Tương Lai Của Ngành Cơ Điện Tử

Ngành Cơ Điện Tử sẽ tiếp tục phát triển với sự gia tăng nhu cầu về tự động hóa và công nghệ thông minh. Sinh viên cần chuẩn bị tốt để nắm bắt cơ hội này.

5.2. Lời Khuyên Cho Sinh Viên

Sinh viên nên chủ động tìm kiếm tài liệu, tham gia các khóa học bổ sung và thực hành thường xuyên để nâng cao kỹ năng và kiến thức trong lĩnh vực Cơ Điện Tử.

Trích đoạn nội dung tài liệu

UBND TỈNH NINH THUẬN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NINH THUẬN GIÁO TRÌNH Môn đun: BÀI TẬP TỔNG HỢP CƠ ĐIỆN TỬ NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: ngày tháng năm của Trường cao đẳng nghề Ninh Thuận Năm 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1 LỜI GIỚI THIỆU Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Cơ điện tử ở trình độ Cao Đẳng Nghề và Trung Cấp Nghề, giáo trình Bài tập tổng hợp cơ điện tử là một trong những giáo trình môn học đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được Bộ Lao động Thương binh Xã hội và Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 60 giờ gồm có: Bài MH39-01: Lý thuyết mờ Bài MH39-02: Ứng dụng logic mờ trong điều khiển Bài MH39-03: Bộ điều khiển tỷ lệ PID Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Ninh Thuận, ngày tháng năm 2017 Tham gia biên soạn 1. Nguyễn Thái Thuận 2. Trần Văn Linh 2 Mục lục Nội dung TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN . 1 LỜI GIỚI THIỆU . 2 Bài 1: LÝ THUYẾT MỜ . Một số khái niệm cơ bản . Định nghĩa tập mờ . Thiết kế hệ thống mờ . Các yếu tố xây dựng mô hình Logic mờ. Các phép toán của logic mờ . Cấu trúc bên trong một bộ điều khiển mờ có dạng. ỨNG DỤNG LOGIC MỜ TRONG ĐIỀU KHIỂN . Thiết kế ứng dụng . Bài tập 1: Xe tránh vật cản dùng sóng siêu âm. Bài tập 2: điều khiển robot bám line . Thực hành lắp ráp. Lắp ráp phần cứng. Code xử lý robot tránh vật cản sử dụng cơ sở logic mờ . BỘ ĐIỀU KHIỂN TỶ LỆ PID .1 Giải thuật PID . Thực hành lắp ráp . 32 Step 1: Chuẩn bị vật tư . 32 Step 2: Lắp motor servo . 32 Step 3: lắp ráp xe . 34 Step 4: lắp modul Bluetooth . 35 Step 5: Lắp cảm biến dò line. 35 3 Step 6: Implementing the IR Sensor Logic . 36 Step 7: Hướng điều khiển (Điều khiển theo tỷ lệ - P) . 39 Step 8: PID Control (optional) . 40 Step 9: Lập code . 42 Phụ lục: Code PID cho mạch arduino UNO . 45 Tài liệu tham khảo . 60 4 Bài 1: LÝ THUYẾT MỜ MH39-01 Giới thiệu Lý thuyết mờ được giáo sư L.A Zadeh công bố lần đầu tiên tại Mỹ năm 1965, tại trường đại học Berkelay, bang Califormia, Mỹ. Từ đó lý thuyết mờ đã có nhiều phát triển và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa Tại Nhật, Logic mờ được ứng dụng vào nhà máy nước của hang Fuji Electronic năm 1983, hệ thống xe điện ngầm của Hitachi năm 1987. Ưu điểm của điều khiển mờ so với các phương pháp điều khiển kinh điển là có thể tổng hợp được bộ điều khiển mà không cần biết trước đặc tính của đối tượng phức tạp mà ta chưa biết rõ hàm truyền Tuy nhiên, nhược điểm của nó đến bây giờ vẫn chưa có các nguyên tắc chuẩn mực cho việc thiết kế cũng như chưa có thể khảo sát tính ổn định, bền vững, chất lượng, quá trình quá độ cũng như quá trình ảnh hưởng của nhiễu… cho các bộ điều khiển mờ. điểm yếu của lý thuyết mờ là những vấn đề về độ phi tuyến của hệ, những kết luận tổng quát cho hệ thống phi tuyến hầu như khó đạt được. Trong toán học, việc khảo sát một hàm truyền với một tập xác định và một tập với giá trị kinh điển, nhưng một hàm phụ thuộc thì không thể ánh xạ tất cả các phần tử trong tập hợp mờ hay trong thực tế chúng ta không thể giải quyết tất cả các trường hợp của một vấn đề. Cho nên với một tập mờ thì số lượng hàm phụ thuộc là không xác định và điều này nó cho phép những hệ thống mờ có được tiện ích tối đa trong một tình huấn cho trước. Như vậy, khái niệm tập hợp và ánh xạ trong lý thuyết mờ rất rộng nên đủ khả năng để mô hình hóa các vấn đề thực tế phức tạp một cách đơn giản dễ hiểu, với biến ngôn ngữ làm cho các vấn để kỹ thuật có dữ liệu mơ hồ trở nên chính xác, dễ kiểm tra. Từ đó Logic mờ giúp chúng ta có hệ thống điều khiển ổn định. Những lĩnh vực mà Logic mờ được ứng dụng và có nhiều thành tựu: - Điều khiển - Định dạng mô hình mẫu - Phân tích định lượng (nghiên cứu khoa học, quản lý) - Suy luận (giao diên thông minh, robot, kỹ thuật mềm) - Phục hồi thông tin (dữ liệu) Mục tiêu: sau khi học xong bài này sinh viên có thể - Hiểu được lý thuyết Logic mờ - Tính toán các giá trị trong logic mờ - Chạy mô phỏng trong matlab 1. Một số khái niệm cơ bản 5 Các tập mờ hay tập hợp mờ (Fuzzy set) là một mở rộng của lý thuyết tập hợp cổ điển và được dùng trong logic mờ. Trong lý thuyết tập hợp cổ điển, quan hệ thành viên của các phần tử trong một tập hợp được đánh giá theo kiểu nhị phân theo một điều kiện rõ ràng, một phần tử hoặc thuộc hoặc không thuộc về tập hợp. Ngược lại, lý thuyết tập mờ cho phép đánh giá về quan hệ giữa một phần tử và một tập hợp; quan hệ này được mô tả bằng một hàm liên thuộc (membership function) μ  [0, 1]. Định nghĩa tập mờ Tập hợp mờ là tập hợp mà mỗi thành phần là một bộ số (x, μ(x)). Như vậy, ta nói F là một tập mờ nếu F có biểu diễn F   x,   x   | x  X  ~ A Trong đó: F là tập mờ trên không gian nền X nếu F được xác định bởi hàm: μA: X [0, 1]. Trong đó: X là tập nền hay còn gọi là tập vũ trụ (university) của tập mờ A μA là hàm liên thuộc (membership function) μA(x) là độ liên thuộc của x vào tập mờ A Ví dụ 1: Cách biểu diễn hàm phụ thuộc như trên sẽ không phù hợp với những tập được mô tả mờ như tập B gồm các số thực gần bằng 5: ~ B   x  X | x  5 Khi đó ta không thể khẳng định chắc chắn số 4 có thuộc B hay không ? mà ta chỉ có thể nói nó thuộc B bao nhiêu phần trăm. Ta phải xem hàm phụ thuộc μB(x) có giá trị trong khoảng 0 đến 1 tức là 0 ≤ μB(x) ≤ 1 Hình 1: hàm phụ thuộc μB(x) của tập mờ B Định nghĩa: tập mờ B xác định trên tập kinh điển M là một tập mà một phần tử của nó được biểu diễn bởi cặp giá trị (x, μB(x)). Trong đó x ϵ M và μB(x) là ánh xạ. Ánh xạ μB(x) gọi là hàm liên thuộc của tập mờ B. Tập kinh điển M được gọi là tập cơ sở của tập mờ B. Ví dụ 2: Một tập mờ F với các số tự nhiên nhỏ hơn 5 được mô tả bằng hàm thành viên μB có đồ thị sau: 6 Hình 2: Đồ thị hàm thành viên Ta có tập mờ A = {(1,1), (2,1), (3, 0.17)}  Số tự nhiên 1 và 2 có độ phụ thuộc là 1  Số tự nhiên 3 và 4 có độ phụ thuộc thấp hơn 1  Các số không liệt kê có độ phụ thuộc là 0 Các thông số đặc trưng cho tập mờ là độ cao, miền xác định và miền tin cậy + Độ cao của tập mờ B (được định nghĩa trên cơ sở X) là giá trị lớn nhất trong các giá trị của hàm liên thuộc: H = supxϵX[μB(x)] (sup gọi là cận trên đúng) Một tập mờ có ít nhất một phần tử có độ phụ thuộc bằng 1 được gọi là tập mờ chính tắc (H = 1). Ngược lại, một tập mờ với H < 1 gọi là tập mờ không xác định Hình 3: Độ cao, miền xác định, miền tin cậy của tập mờ + Miền xác định của tập mờ B (được định nghĩa trên cơ sở X) là tập con của X có giá trị hàm liên thuộc khác không; ~ S   x  X |  ( x)  0 B + Miền tin cậy của tập mờ B (được định nghĩa trên cơ sở X) là tập con của X cso giá trị hàm liên thuộc bằng 1. ~ T   x  X |  ( x)  1 B Các phép toán trên tập mờ 7 Định nghĩa: Cho A và B là hai tập mờ trên không gian nền X, có các hàm liên thuộc μA và μB 1. Logic mờ Logic mờ (Fuzzy logic) được phát triển từ lý thuyết tập mờ để thực hiện lập luận một cách xấp xỉ thay vì lập luận chính xác theo logic vị từ cổ điển. Logic mờ có thể được coi là mặt ứng dụng của lý thuyết tập mờ để xử lý các giá trị trong thế giới thực cho các bài toán phức tạp (Klir 1997). Người ta hay nhầm lẫn mức độ đúng với xác suất. Tuy nhiên, hai khái niệm này khác hẳn nhau; độ đúng đắn của logic mờ biểu diễn độ liên thuộc với các tập được định nghĩa không rõ ràng, chứ không phải khả năng xảy ra một biến cố hay điều kiện nào đó. Để minh họa sự khác biệt, xét tình huống sau: Bảo đang đứng trong một ngôi nhà có hai phòng thông nhau: phòng bếp và phòng ăn. Trong nhiều trường hợp, trạng thái của Bảo trong tập hợp gồm những thứ "ở trong bếp" hoàn toàn đơn giản: hoặc là anh ta "trong bếp" hoặc "không ở trong bếp". Nhưng nếu Bảo đứng tại cửa nối giữa hai phòng thì sao? Anh ta có thể được coi là "có phần ở trong bếp".