111Equation Chapter 1 Section 1
TRƯNG ĐI HC CÔNG NGH THÔNG TIN V TRUY#N THÔNG
KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
TS. Nguyễn Vôn Dim
TS. Gia Thị Định
TS. Dương Hòa An
TS. Bùi Văn Tùng
ThS. Trịnh Thúy Hà
GIÁO TRÌNH
HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ THÔNG MINH
Ti liu lưu hnh n"i b"
TRƯNG ĐI HC CÔNG NGH THÔNG TIN V TRUY#N THÔNG
KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
TS. Nguyễn Vôn Dim
TS. Gia Thị Định
TS. Dương Hòa An
TS. Bùi Văn Tùng
ThS. Trịnh Thúy Hà
GIÁO TRÌNH
HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ THÔNG MINH
Th$i Nguyên, th$ng 7 năm 2025
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN V# CƠ ĐIN TỬ......................................................................................2
1.1 Lịch sử phát triển của cơ điện tử...............................................................................................2
1.2 Cấu trúc của hệ thống cơ điện tử...............................................................................................3
1.2.1 Điện tử...............................................................................................................................4
1.2.2 Điều khiển..........................................................................................................................6
1.2.3 Cảm biến và cơ cấu chấp hành..........................................................................................7
1.2.4 Công nghệ thông tin..........................................................................................................8
1.3 Các ví dụ về hệ thống cơ điện tử.............................................................................................10
1.4 Câu hỏi/bài tập.........................................................................................................................10
CHƯƠNG 2 H THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ ĐIN TỬ.......................................................................12
2.1 Hệ thống dẫn động điện...........................................................................................................12
2.1.1 Động cơ điện....................................................................................................................12
2.1.2 Động cơ điện một chiều...................................................................................................12
2.1.3 Mô hình động lực và điều khiển động cơ điện một chiều...............................................16
2.1.4 Động cơ servo..................................................................................................................21
2.1.5 Động cơ bước..................................................................................................................26
2.2 Hệ thống dẫn động cơ..............................................................................................................33
2.2.1 Hệ thống truyền động thủy lực........................................................................................34
2.2.2 Truyền động khí nénc:......................................................................................................42
2.3 Câu hỏi/bài tập.........................................................................................................................53
CHƯƠNG 3 CẢM BIẾN TRONG CƠ ĐIN TỬ...............................................................................55
3.1 Giới thiệu.................................................................................................................................55
3.2 Cảm biến khoảng cách.............................................................................................................56
3.2.1 Chiết áp............................................................................................................................56
3.2.2 Bộ biến đổi vi sai biến thiên tuyến tính (LVDT).............................................................56
3.2.3 Bộ mã hóa quang học số..................................................................................................57
3.3 Cảm biến chuyển động............................................................................................................63
3.3.1 Cảm biến vận tốc.............................................................................................................63
3.3.2 Cảm biến gia tốc..............................................................................................................64
3.4 Cảm biến tiệm cận...................................................................................................................66
3.4.1 Cảm biến tiệm cận cảm ứng............................................................................................66
3.4.2 Cảm biến tiệm cận điện dung..........................................................................................68
3.4.3 Cảm biến tiệm cận quang điện........................................................................................69
3.4.4 Cảm biến trong robot.......................................................................................................70
3.5 Cảm biến đo biến dạng và ứng suất.........................................................................................71
3.5.1 Cảm biến biến dạng điện trở............................................................................................71
3.5.2 Cảm biến biến dạng điện dung........................................................................................77
3.5.3 Cảm biến biến dạng quang điện......................................................................................78
3.5.4 Cảm biến biến dạng bán dẫn............................................................................................78
3.6 Cảm biến đo lực và mô men xoắn...........................................................................................79
3.7 Câu hỏi/bài tập.........................................................................................................................81
CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH CỦA CÁC H NHI#U VẬT........................................................................83
4.1 Giới thiệu.................................................................................................................................83
4.2 Động học hệ nhiều vật.............................................................................................................84
4.2.1 Các hệ tọa độ và các phép biến đổi tọa độ.......................................................................85
4.2.2 Các ví dụ về các ma trận quay.........................................................................................87
4.2.3 Các tọa độ thuần nhất và phép biến đổi thuần nhất.........................................................92
4.2.4 Các mô hình cơ học có cấu trúc cây................................................................................94
4.2.5 Ký hiệu Denavit-Hartenberg (DH)..................................................................................98
4.2.6 Động học thuận và động học ngược..............................................................................101
4.2.7 Động học vi phân và ma trận Jacobi..............................................................................105
4.3 Động lực học các hệ nhiều vật...............................................................................................109
4.3.1 Các phương trình cơ bản của vật rắn.............................................................................110
4.3.2 Phương pháp Newton-Euler..........................................................................................114
4.3.3 Phương pháp Lagrange..................................................................................................118
4.4 Câu hỏi/bài tập.......................................................................................................................124
CHƯƠNG 5 ĐI#U KHIỂN TRONG CƠ ĐIN TỬ..........................................................................126
5.1 Khái quát về điều khiển các hệ cơ điện tử.............................................................................126
5.1.1 Khái niệm......................................................................................................................126
5.1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển...........................................................126
5.1.3 Các nguyên tắc điều khiển cơ bản.................................................................................127
5.1.4 Phân loại hệ thống điều khiển........................................................................................128
5.2 Phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển tuyến tính...........................................................129
5.2.1 Phân tích hệ thống.........................................................................................................129
5.2.2 Đáp ứng của hệ thống trong miền thời gian..................................................................130
5.2.3 Đáp ứng của hệ thống trên miền tần số.........................................................................140
5.3 Bộ điều khiển PID trong các hệ thống cơ điện tử..................................................................148
5.3.1 Bộ điều khiển tỉ lệ P......................................................................................................149
5.3.2 Bộ điều khiển tích phân I...............................................................................................149
5.3.3 Bộ điều khiển vi phân D................................................................................................150
5.3.4 Bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân PI...................................................................................151
5.3.5 Bộ điều khiển PID.........................................................................................................152
5.3.6 Ứng dụng bộ điều khiển PID trong các hệ cơ điện tử...................................................153
5.4 Tổng hợp và hiệu chỉnh tham số bộ điều khiển PID.............................................................153
5.4.1 Tổng hợp hệ thống điều khiển.......................................................................................153
5.4.2 Hiệu chỉnh tham số PID.................................................................................................154
5.5 Câu hỏi và bài tập cuối chương.............................................................................................160
CHƯƠNG 6 H CƠ ĐIN TỬ CHN LC.....................................................................................162
6.1 Robot di động hai bánh tự thăng bằng...................................................................................162
6.1.1 Giới thiệu.......................................................................................................................162
6.1.2 Mô hình hóa robot.........................................................................................................163
6.1.3 Thiết kế bộ điều khiển số...............................................................................................169
6.1.4 Mô phỏng thử nghiệm...................................................................................................173
6.1.5 Thiết kế phần cứng robot...............................................................................................175
6.2 Tay máy robot SCARA.........................................................................................................179
6.2.1 Giới thiệu.......................................................................................................................179
6.2.2 Động học robot SCARA................................................................................................179
6.2.3 Động lực học robot SCARA..........................................................................................183
6.2.4 Thiết kế và mô hình hóa robot SCARA........................................................................185
6.2.5 Chế tạo các khâu của robot............................................................................................186
6.2.6 Hệ thống truyền động....................................................................................................187
6.2.7 Hệ thống điện, điện tử...................................................................................................187
6.2.8 Thuật toán điều khiển....................................................................................................188
6.2.9 Kết quả...........................................................................................................................190
T I LIU THAM KHẢO.....................................................................................................................192