Đại Học Quốc Gia TP.HCM Vietnam National University – HCMC

Trường Đại Học Bách Khoa Ho Chi Minh City University of Technology

Khoa Cơ Khí Faculty of Mechanical Engineering

Đề cương môn học

Thiết kế hệ thống cơ điện tử (Mechatronics System Design)

Số tín chỉ 3(2.2.5) MSMH ME3005 Số tiết Tổng: 60 LT: 30 TH: 30 TN: 0 BTL/TL: x Môn không xếp TKB Tỉ lệ đánh giá BT: 20% TN: KT: 20% BTL/TL: 20% Thi: 40%

Hình thức đánh giá ­ Kiểm tra: vấn đáp ­Thi: tự luận 60 phút Môn tiên quyết Chi tiết máy (ME2007), Kỹ thuật điều khiển tự động (ME2009) Môn học trước Môn song hành Vi điều khiển (ME3007) CTĐT ngành Kỹ thuật Cơ điện tử Trình độ đào tạo Đại học Cấp độ môn học Năm 3 Ghi chú khác

1. Mục tiêu của môn học:

Môn học giới thiệu các thành phần cấu thành hệ thống Cơ điện tử, quy trình thiết kế một hệ thống cơ điện tử, cách xây dựng kế hoạch thực hiện một hệ thống cơ điện tử.

Aims:

To  provide  the  techniques  of  design,  simulation,  prototyping  and  evaluating  a  mechatronics  system  which  is combined by mechanical elements, eletrical elements and information hardwares & softwares.

2. Nội dung tóm tắt môn học:

Những nội dung sau đây sẽ được giảng dạy và thảo luận trong môn học ­ Tổng quan về hệ thống cơ điện tử và ứng dụng ­ Phương pháp thiết kế và Quản lý dự án ­ Kỹ thuật và công cụ mô hình hóa và mô phỏng hệ cơ điện tử (cơ, điện) ­ Các thành phần hệ thống cơ điện tử (ôn): cảm biến, cơ cấu tác động, bộ điều khiển ­ Case study.

Course outline:

The following topics will be presented and discussed in this course ­ Introduction to mechatronics system and application ­ Design methodology and Project management ­ Techniques and Tools for Modeling and Simulation ­ Mechatronic systems technologies (reminder): sensors, actuators, controllers ­ Case study.

3. Tài liệu học tập:

[1] Devdas Shetty and Richard A. Kolk, Mechatronics System Design, SI Edition, Cengage Learing, 2011.  [2] El­Kébir Boukas and Fouad M. AL­Sunni, Mechatronic Systems: Analysis, Design and Implementation, Springer­ Verlag Berlin Heidelberg, 2011.

4. Hiểu biết, kỹ năng, thái độ cần đạt được sau khi học môn học:

STT Chuẩn đầu ra môn học Sinh viên có khả năng làm việc nhóm L.O.1.1 ­ Xây dựng được nhóm 4­­5 SV

L.O.1 L.O.1.2 ­ Xác định được nhiệm vụ chung của DA: thiết kế mobile platform bám vạch với sai số cho phép, tốc độ platform tối đa theo yêu cầu và bán kính cong của vạch nhỏ nhất cho phép

L.O.1.3 ­ Xác định được nhiệm vụ cụ thể của từng thành viên trong nhóm: Trưởng nhóm / Phụ trách phần cơ khí / Phụ trách phần điện / Phụ trách phần điều khiển / Phụ trách phần lập trình Xây dựng được Biểu đồ Gantt cho dự án thiết kế L.O.2.1 ­ Sử dụng công cụ Microsoft project để thể hiện ý tưởng L.O.2 L.O.2.2 ­ Phân chia được thành những khối công việc nhỏ, cụ thể L.O.2.3 ­ Gán được các nguồn lực cần thiết để thực hiện từng công việc Xác định được chức năng và ý tưởng thiết kế từ yêu cầu sản phẩm. L.O.3.1 ­ Lên kế hoạch thực hiện thiết kế thông qua bảng FRDPARRC L.O.3.2 ­ Xây dựng được phương án khả thi cho thiết kế L.O.3 L.O.3.3 ­ Nhóm được các cảm biến cần thiết cho đồ án L.O.3.4 ­ Nhóm được các cơ cấu tác động cần thiết cho đồ án. L.O.3.5 ­ Kết nối được cảm biến và phân tích dữ liệu cảm biến L.O.3.6 ­ Kết nối các cơ cấu tác động và thực nghiệm Lập được hồ sơ kỹ thuật để chế tạo L.O.4.1 ­ Thiết kế được bản vẽ lắp, bản vẽ chi tiết cơ khí để chế tạo L.O.4 L.O.4.2 ­ Thiết kế được bản vẽ mạch điện để chế tạo L.O.4.3 ­ Xây dựng được mô hình hóa bộ điều khiển và cả hệ thống. L.O.4.4 ­ Xây dựng được giải thuật điều khiển và lập trình mô phỏng Biết cách trình bày kết quả thiết kế L.O.5 L.O.5.1 ­ Xây dựng được slide báo cáo và thuyết trình kết quả thiết kế L.O.5.2 ­ Viết được báo cáo kết quả thiết kế

STT Course learning outcomes Have the ability to work in an interdisciplinary environment. L.O.1.1 ­ Form a team of 4­5 students. L.O.1 L.O.1.2 ­ Realize the goal of the project of 'design a line tracing car'.

L.O.1.3  ­  Determine  roles  of  every  member:  leader  /  in  charge  of  mechanical  design  /  in  charge  of electrical diagrams / in charge of program and control ... Develop the Project Plan in Gantt chart L.O.2.1 ­ Use Microsoft project tool to express ideas L.O.2 L.O.2.2  ­  Break  the  project  areas  into  actionable  pieces  of  work,  segmenting  elements  into  appropriate sublevels L.O.2.3 ­ Have clear accountability for each work package Express conceptual designs from functional requirements. L.O.3.1 ­ Express design steps using FRDPARRC table L.O.3.2 ­ Discuss alternative solutions L.O.3 L.O.3.3 ­ Group essential sensors in the project. L.O.3.4 ­ Group essential actuators in the project. L.O.3.5 ­ Connect sensors and analyze signals. L.O.3.6 ­ Connect actuators and manipulate experimentally. Develop technical report for implementaion L.O.4.1 ­ Create 2D drawings for fabrication and assembly. L.O.4 L.O.4.2 ­ Create electrical diagrams L.O.4.3 ­ Model the controller and the whole system. L.O.4.4 ­ Create control flowcharts and do simulation. Have the ability to communicate effectively L.O.5 L.O.5.1 ­ Make PPT slides to discuss project results L.O.5.2 ­ Write a techinial report to share project results

5. Hướng dẫn cách học ­ chi tiết cách đánh giá môn học:

Tài liệu được đưa lên BKEL hàng tuần. Sinh viên tải về, in ra và mang theo khi lên lớp học. Điểm tổng kết môn học được đánh giá xuyên suốt quá trình học.

+ Bài tập: • Bài tập trên lớp (nhóm) : 10% • Bài tập về nhà (nhóm) : 10% + Kiểm tra: • Kiểm tra giữa kỳ : 20% + Quá trình: • Bài tập lớn : 10% • Hoạt động nhóm : 10% + Thi: • Thi cuối kỳ : 40%

Điều kiện dự thi: ­ Sinh viên được yêu cầu phải tham dự giờ giảng trên lớp ít nhất 70% (số lần được điểm danh chuyên cần). Ngoài ra, sinh viên phải hoàn thành tất cả bài tập trên lớp và 70% bài tập về nhà. Nếu sinh viên nào không tham gia buổi thuyết trình của nhóm thì điểm thuyết trình của sinh viên đó sẽ bằng không. ­ Sinh viên cần lưu ý thời hạn nộp bài tập. Tất cả các bài tập về nhà đều phải được nộp thông qua hệ thống BKEL theo đúng thời gian quy định của giảng viên. ­ Trường hợp sinh viên không nộp bài: Nếu sinh viên nào không nộp bài đúng thời hạn thì sẽ bị không điểm cho bài tập đó.  ­ Trường hợp nộp muộn: Sinh viên nộp muộn sẽ không được chấp nhận nếu không có một lý do chính đáng đã được trình bày và phê duyệt của giảng viên trước ngày đến hạn. Bài tập nộp muộn cho phép sẽ bị trừ đi 2 điểm đối với mỗi ngày nộp trễ.

6. Dự kiến danh sách Cán bộ tham gia giảng dạy:

­ PGS.TS. Nguyễn Tấn Tiến ­ ThS. Nguyễn Minh Tuấn ­ TS. Võ Tường Quân ­ TS. Phạm Công Bằng ­ TS. Lê Đức Hạnh

7. Nội dung chi tiết:

Hoạt động dạy và học Nội dung Tuần/ Chương Chuẩn đầu ra chi tiết Hoạt động đánh giá Thầy/Cô Sinh viên

L.O.1.1 ­ Xây dựng được nhóm 4­­5 SV ­ Hướng dẫn chia nhóm ­ Nhận biết điểm mạnh và điểm yếu của mình

­ Thảo luận các vấn đề cần giải quyết

1 ­ Ra đầu bài đồ án: thiết kế mobile platform theo vạch cho trước với các yêu cầu: vận tốc tối đa, bán kính cong đường vạch nhỏ nhất, sai số bám vạch cho phép. L.O.1.2 ­ Xác định được nhiệm vụ chung của DA: thiết kế mobile platform bám vạch với sai số cho phép, tốc độ platform tối đa theo yêu cầu và bán kính cong của vạch nhỏ nhất cho phép

Giới thiệu về môn học ­ Thông tin GV ­ Các vấn đề liên quan đến môn học ­ Cách dạy và học ­ Cách tìm hiểu project cho nhóm

­ Lập nhóm và phân công nhiệm vụ. ­ Hướng dẫn cách tìm và sử dụng tài lieu.

L.O.1.3 ­ Xác định được nhiệm vụ cụ thể của từng thành viên trong nhóm: Trưởng nhóm / Phụ trách phần cơ khí / Phụ trách phần điện / Phụ trách phần điều khiển / Phụ trách phần lập trình

phần lập trình

2 ­ Tìm hiểu tài liệu và viết phần tổng quan cho DA L.O.2.1 ­ Sử dụng công cụ Microsoft project để thể hiện ý tưởng ­ Dạy phần nội dung ­ Hướng dẫn xây dựng phần tổng quan của DA

Chương 1: Tổng quan ­ Khái niệm hệ thống CĐT ­ Vấn đề tích hợp trong CĐT ­ Quy trình thiết kế hệ thống CĐT

­ Thảo luận và viết phần lựa chọn phương án và thiết kế sơ đồ nguyên lý L.O.2.2 ­ Phân chia được thành những khối công việc nhỏ, cụ thể ­ Hướng dẫn đề xuất phương án khả thi và lựa chọn phương án, xây dựng sơ đồ nguyên lý thiết kế. 3

­ Các phần tử cơ bản của một hệ thống CĐT ­ Các ứng dụng của hệ thống CĐT

L.O.2.3 ­ Gán được các nguồn lực cần thiết để thực hiện từng công việc

Chương 2: Mô hình hóa hệ thống cơ điện tử

4

L.O.3.1 ­ Lên kế hoạch thực hiện thiết kế thông qua bảng FRDPARRC ­ Mô hình hóa và mô phỏng hệ cơ khí ­ Mô hình hóa và mô phỏng hệ điện ­ Dạy phần nội dung ­ Hướng dẫn mô hình hóa cho hệ thống của đồ án: phần cơ và phần điện.

­ Phương pháp mô hình hóa ­ Mô hình hoá hệ cơ ­ Mô hình hoá hệ điện và cơ điện

Chương 3: Các vấn đề trong thiết kế cơ khí

­ Dạy phần nội dung 5 L.O.3.2 ­ Xây dựng được phương án khả thi cho thiết kế ­ Xác định các yêu cầu thiết kế: độ chính xác, dung sai.

­ Các yêu cầu thiết kế ­ Sai số ­ Chuẩn thiết kế, gia công, lắp ráp, đo lường

6 ­ Hướng dẫn thiết kế phẩn cơ khí của DA ­ Thiết kế phần cơ khí dùng các chương trình CAD 3D. ­ Tính khả thi trong chế tạo ­ Xây dựng bản vẽ kỹ thuật L.O.4.1 ­ Thiết kế được bản vẽ lắp, bản vẽ chi tiết cơ khí để chế tạo

Chương 4: Cảm biến trong hệ thống cơ điện tử ­ Dạy phần nội dung 7 L.O.3.3 ­ Nhóm được các cảm biến cần thiết cho đồ án ­ Nhóm thảo luận các loại cảm biến cần thiết.

­ Giới thiệu ­ Phân loại cảm biến

8 ­ Các đặc tính của càm biến ­ Lựa chọn cảm biến ­ Hướng dẫn chọn lựa cảm biến phù hợp với thiết kế L.O.3.5 ­ Kết nối được cảm biến và phân tích dữ liệu cảm biến ­ Tìm hiểu các đặc trưng kỹ thuật của cảm biến sử dụng ­ Mô hình hóa và mô phỏng cảm biến

Chương 5: Cơ cấu tác động

­ Dạy phần nội dung ­ Thảo luận nhóm. 9 L.O.3.4 ­ Nhóm được các cơ cấu tác động cần thiết cho đồ án. ­ Giới thiệu ­ Phân loại cơ cấu tác động

10 ­ Các đặc tính của cơ cấu tác động ­ Lựa chọn cơ cấu tác động L.O.3.6 ­ Kết nối các cơ cấu tác động và thực nghiệm ­ Hướng dẫn chọn lựa cơ cấu tác động phù hợp với thiết kế

­ Tìm hiểu các đặc trưng kỹ thuật của cơ cấu tác động sử dụng ­ Mô hình hóa và mô phỏng cơ cấu tác động cho DA

Chương 6: Hệ thống

Chương 6: Hệ thống điều khiển

11 ­ Dạy phần nội dung ­ Thảo luận nhóm về các phương án điều khiển L.O.4.3 ­ Xây dựng được mô hình hóa bộ điều khiển và cả hệ thống.

­ Giới thiệu ­ Các đặc trưng của hệ thống: độ ổn định, độ chính xác, đáp ứng, độ nhạy

12 ­ Hướng dẫn chọn lựa và thiết kế bộ điều khiển ­ Thiết kế bộ điều khiển và mô phỏng đánh giá L.O.4.4 ­ Xây dựng được giải thuật điều khiển và lập trình mô phỏng

­ Cách xác định các yếu tố cho bài toán thiết kế: đáp ứng, ổn định, sai số, … ­ Cách chọn lựa phương án điều khiển: rời rạc, liên tục, phân cấp, tập trung, …

Chương 7: Chế tạo mẫu và thực nghiệm

13 ­ Dạy phần nội dung L.O.4.2 ­ Thiết kế được bản vẽ mạch điện để chế tạo ­ Kết nối và đánh giá thực nghiệm cả hệ thống.

­ Giới thiệu ­ Phương pháp chế tạo mẫu ­ Xác định các yếu tố cần thiết cho bài toán thực nghiệm

14 ­ Hướng dẫn chuẩn bị tài liệu cho tài liệu kỹ thuật ­ Thuyết trình được các vấn đề kỹ thuật liên quan. ­ Thực nghiệm và đánh giá ­ Báo cáo kết quả thực nghiệm L.O.5.1 ­ Xây dựng được slide báo cáo và thuyết trình kết quả thiết kế

Chương 8: Tài liệu kỹ thuật

15 L.O.5.2 ­ Viết được báo cáo kết quả thiết kế ­ Kiểm tra chung DA  ­ Hướng dẫn hoàn thành tài liệu kỹ thuật ­ Hoàn chỉnh hồ sơ tài liệu thiết kế và báo cáo.

­ Hồ sơ kỹ thuật ­ Bản vẽ ­ Thuyết minh ­ Báo cáo kỹ thuật

8. Thông tin liên hệ:

Bộ môn/Khoa phụ trách Bộ môn Cơ điện tử Văn phòng 210B11 Điện thoại 0838647256 ­ 5870 Giảng viên phụ trách Phạm Công Bằng E­mail cbpham@hcmut.edu.vn, pcbang75@gmail.com

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 03 năm 2016

TRƯỞNG KHOA CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CB PHỤ TRÁCH LẬP ĐỀ CƯƠNG