BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MÔ HÌNH DẠY HỌC TRUYỀN ĐỘNG SERVO THỦY LỰC GVHD: Th.S VÕ LÂM CHƯƠNG SVTH: NGUYỄN THANH PHÚC MSSV: 11911017 SVTH: TRẦN MINH TÂM MSSV: 11146098 SKL 0 0 4 2 2 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 do an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: MÔ HÌNH DẠY HỌC TRUYỀN ĐỘNG SERVO THỦY LỰC Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S VÕ LÂM CHƢƠNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH PHÚC MSSV: 11911017 TRẦN MINH TÂM 11146098 Lớp: 119110 & 111461 Khoá: 2011 – 2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016 do an Mô Hình Dạy Học Truyền Động Servo Thủy Lực TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA TP.
HCM VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ điện tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S Võ Lâm Chƣơng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Phúc MSSV: 11911017 Trần Minh Tâm MSSV: 11146098 1. Tên đề tài: Mô hình dạy học tryền động servo thủy lực. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Festo Close Loop Hydraulics. Nội dung chính của đồ án: Điều khiển vị trí hệ bàn trƣợt thủy lực.
Thiết kế giao diện điều khiển. Biên soạn bài thực hành. Các sản phẩm dự kiến: Giao diện điều khiển vị trí hệ bàn trƣợt thủy lực. Đề cƣơng chi tiết bài thực hành.
Ngày nộp đồ án: 14/01/2016 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i do an Mô Hình Dạy Học Truyền Động Servo Thủy Lực LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Mô hình dạy học truyền động servo thủy lực.S Võ Lâm Chƣơng - Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Phúc MSSV: 11911017 Lớp: 119110 Địa chỉ sinh viên: 5/21, Khu Phố 3, Đƣờng Lê Văn Chí, Phƣờng Linh Trung, Quận Thủ Đức, Tp.HCM Số điện thoại liên lạc: 0964870786 Email: thanhphuca3@gmail.com - Họ tên sinh viên: Trần MinhTâm MSSV: 11146098 Lớp: 111461 Địa chỉ sinh viên: 88 Trƣơng Văn Thành, Phƣờng Hiệp Phú, Quận 9, Tp.HCM Số điện thoại liên lạc: 01659082514 Email: minhtamtrancdt111461@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 14/01/2016 - Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã đƣợc công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Hồ Chí Minh, ngày ….tháng 01 năm 2016 Ký tên ii do an Mô Hình Dạy Học Truyền Động Servo Thủy Lực LỜI CẢM ƠN Đầu tiên chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Nhà trƣờng, khoa Cơ khí chế tạo máy, Bộ môn Cơ điện tử, các thầy cô đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em những kiến thức cơ sở, chuyên môn trong suốt 4 năm học vừa qua.
Chúng em xin chân thành cảm ơn ThS. Võ Lâm Chƣơng, thầy đã trực tiếp hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình, định hƣớng, góp ý và cung cấp những ý tƣởng cũng nhƣ chỉ dẫn tài liệu thực hiện đồ án. Sự hƣớng dẫn của thầy là yếu tố quan trọng để chúng em có thể hoàn thành đồ án này. Xin cảm ơn các bạn lớp Cơ điện tử 111461 và 119110 đã góp ý, giúp đỡ nhóm rất nhiều trong quá trình làm đồ án.
Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, những ngƣời luôn sát cánh, nuôi dƣỡng chăm sóc chúng em tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập để có kết quả tốt nhƣ ngày hôm nay. Mặc dù đã cố gắng nỗ lực rất nhiều, song đồ án chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận đƣợc sự thông cảm và chỉ dẫn tận tình của quý thầy cô. Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện iii do an Mô Hình Dạy Học Truyền Động Servo Thủy Lực TÓM TẮT ĐỒ ÁN MÔ HÌNH DẠY HỌC TRUYỀN ĐỘNG SERVO THỦY LỰC Trong đồ án này, nhóm chọn chủ đề là nghiên cứu, điều khiển hệ bàn trƣợt thủy lực và biên soạn bài thực hành cho môn học TT Hệ thống truyền động servo. Nội dung bao gồm tìm hiểu thiết bị, kiểm tra lỗi và điều khiển vị trí của hệ bàn trƣợt. Về phần cứng, nhóm có đƣợc bộ thủy lực của Festo với các thiết bị cần thiết và bộ điều khiển PID bằng tay do Festo cung cấp. Sử dụng card PCI 6052E để giao tiếp máy tính và thu thập dữ liệu.
Về phần mềm, nhóm đã sử dụng công cụ Simulink cùng với Real Time Window Target của phần mềm Matlab phục vụ cho việc giao tiếp, điều khiển mô hình. Bộ điều khiển PID đƣợc sử dụng để điều khiển vị trí hệ bàn trƣợt. Ngoài ra nhóm còn thiết kế giao diện điều khiển sử dụng GUI của Matlab. Sau thời gian nghiên cứu, kết quả đạt đƣợc là giao tiếp điều khiển hệ bàn trƣợt bằng máy tính, mô tả đƣợc đặt tính của các thiết bị và nguyên lý hoạt động của hệ.
Điều khiển đƣợc vị trí của hệ bàn trƣợt thủy lực, từ đó đạt đƣợc mục tiêu kiểm chứng đƣợc lý thuyết về servo bằng mô hình thực nghiệm. Tóm tắt các chƣơng trong đề tài: Chƣơng 1: Tổng quan đề tài. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết. Chƣơng 3: Phƣơng hƣớng và các giải pháp về bộ điều khiển PID.
Chƣơng 4: Giải pháp điều khiển và các thiết bị. Chƣơng 5: Thực nghiệm đánh giá. Chƣơng 6: Bài thực hành hệ servo thủy lực. Sinh viên thực hiện iv do an Mô Hình Dạy Học Truyền Động Servo Thủy Lực ABSTRACT DIDACTIC HYDRAULIC SERVO SYSTEM In this final project, the team selected the topic “Study and position control of a hydraulic servo system”.
An experiment lesson using this model was also compiled to serve for the subject “Practice of Mechatronic Servo System Control” The model consists of the hydraulic system with the necessary equipment and the manual PID controller supplied by Festo. Using 6052E PCI Card for PC communication and data acquisition. Regarding software, the team used Simulink and Real Time Window Target tools of Matlab to communicate, design PID controller and control position of a sliding table. In addition, the team also designed a human interface tool on the GUI of Matlab.
After the research period, the results are to communicate and control the hydraulic system by a computer, investigate characteristics of the device and operation principles of the system. The results also help students understand profoundly and clarify the theory of servo system. v do an Mô Hình Dạy Học Truyền Động Servo Thủy Lực MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .i LỜI CAM KẾT. ii LỜI CẢM ƠN .vi DANH MỤC HÌNH ẢNH .ix DANH MỤC BẢNG BIỂU .x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .xi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.1 Tính cấp thiết của đề tài.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.1 Đối tƣợng nghiên cứu.2 Phạm vi nghiên cứu.5 Phƣơng pháp nghiên cứu.6 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể.7 Kết cấu luận văn.
2 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Phân loại mô hình .2 Phƣơng pháp xây dựng mô hình toán học.2 Bộ điều khiển PID. 4 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID .10 vi do an Mô Hình Dạy Học Truyền Động Servo Thủy Lực 3.1 Yêu cầu đề tài .2 Các phƣơng pháp thiết kế bộ điều khiển PID .1 Phƣơng pháp điều chỉnh bằng tay .2 Xác định thông số cho bộ điều khiển PID bằng phƣơng pháp thực nghiệm ( phƣơng pháp thứ hai Ziegler-Nichols) .3 Phƣơng pháp Chien – Hrones – Reswick (CHR) .4 Phƣơng pháp Cohen-Coon .5 Phƣơng pháp Tyreus-Luyben .3 Sử dụng phần mềm .4 Lựa chọn phƣơng pháp thiết kế bộ điều khiển PID .13 CHƢƠNG 4: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC THIẾT BỊ .1 Giải pháp điều khiển .2 Phần cứng thu thập dữ liệu – Card PCI 6052E .2 Các phần tử mô hình.1 Bộ nguồn 24VDC .3 Dây kết nối .4 Van tuyến tính.5 Bộ bàn trƣợt tuyến tính .6 Bộ hiển thị.7 Cảm biến áp suất .8 Khái quát bộ điều khiển .43 CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ .1 Điều khiển PID trên máy tính thông qua Card CPI-6052E .1 Phần mềm và công cụ: .2 Sơ đồ khối điều khiển .46 vii do an Mô Hình Dạy Học Truyền Động Servo Thủy Lực .3 Thiết kế bộ PID trên simulink matlab .4 Chƣơng trình điều khiển mô hình thực với bộ PID .5 Tìm thông số PID theo phƣơng pháp thứ hai Ziegler-Nichols .6 Tinh chỉnh 3 thông số PID.2 Giao diện điều khiển trên GUI matlab. 51 CHƢƠNG 6: ĐỀ CƢƠNG CHI TIẾT BÀI THỰC HÀNH .52 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .75 TÀI LIỆU THAM KHẢO .77 viii do an Mô Hình Dạy Học Truyền Động Servo Thủy Lực DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển .2: Cấu trúc bộ điều khiển PID.3: Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kp (KI, KD = hằng số) [7] .4: Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị KI (KP, KD = hằng số) [7] .5: Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kp (KI, KD = hằng số) [7] .6: Sơ đồ PID kết hợp với bộ anti-windup.1: Sơ đồ khối Real-time Workshop .3: Sơ đồ chân card PCI 6052E.4: Sơ đồ khối card PCI 6052E .6: Hình ảnh ký hiệu và cấu tạo máy bơm thủy lực.7: hiệu và hình ảnh dây kết nối nhanh thủy lực.9: hiệu và sơ đồ mạch điện v n đảo chiều tuyến tính 4/3 .10: Cấu tạo van tuyến tính 4/3 .11: Cấu tạo động cơ tuyến tính .12: Đ ờng đặc t nh l u l ợng - điện áp điều khiển.13: Đ ờng đặc tính áp suất- điện áp điều khiển.14: Đ ờng đặc t nh l u l ợng – áp suất .15: Đ ờng đặc t nh l u l ợng - điện áp điều khiển.16 : Bộ bàn tr ợt tuyến tính .17: Cảm biến hành trình.19: ấu tạo bộ hiển thị .20: Sơ đồ mạch bộ hiển thị .21: Cảm biến áp suất .22: ộ điều khiển PID bằng tay của Festo .23: ấu tạo bộ điều khiển PID bằng tay của Festo .24: Thiết lập giá trị khâu P .25: Thiết lập giá trị cho khâu I.26: Thiết lập giá trị cho khâu D .27: Sơ đồ khối mô hình .28: Sơ đồ kết nối thủy lực .29: Sơ đồ kết nối phần điện .1: Sơ đồ khối điều khiển .2: Thiết kế bộ điều khiển PID .3: h ơng trình điều khiển với bộ PID.4: Đồ thị d o động điều hòa .5: Đồ thị biểu thị tọ độ 2 đỉnh sóng.6: Đồ thị đáp ứng theo ph ơng pháp Ziegler-Nichols 2.