ôn tập phần tử tự động

SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN PHẦN TỬ TỰ ĐỘNG . Câu 1:Trình bày về định nghĩa, chức năng phần tử tự động . Trả lời : Trong bất kỳ một hệ thống tự động điều khiển nào cũng bao gồm nhiều phần tử riêng biệt kết hợp lại với nhau, chúng tác động qua lại với nhau theo một qui luật nhất định nhằm phục vụ cho một công việc nào đó phục vụ người thiết kế Đại lượng mà tác động vào phần tử ta khảo sát, gọi là đại lượng đầu vào và kí hiệu là X còn đại lượng từ phần tử ta khảo sát tác dộng vào phần tử tiếp theo thì ta gọi đại lượng đó là đại lượng ra kí hiệu là Y Chức năng của phần tử:Trước hết, mỗi phần tử là một phần trong hệ thống tự động điều khiển đồng thời nó phải thực hiện một chức năng riêng biệt nào đó trong quá trình điều khiển .Chức năng tổng quất nhất của phần tử tự động là nó biến đổi đại lượng tác động phía trước nó làm thay đổi hoặc chất hoặc lượng hay là thay đổi cả về chất và cả về lượng của tín hiệu đó và cho ta dạng tín hiệu khác phù hợp với phần tử tiếp theo. Câu 2: Viết các phương trình tổng quát của phần tử ở chế độ tĩnh và chế độ động . Trả lời : Trong mọi quá trình biển đổi xảy ra trong một phần tử riềng biệt hay là trong toàn bộ hệ thống thì chúng đều được mô tả dưới dạng phương trình vi phân sau: ( , , , )( , , , ) , , , n m k n m k dx d x dy d y df d f F x y f dt dt dt dt dt dt ϕ     =  ÷  ÷     (2.1) Trong đó x là tín hiệu vào y là tín hiệu ra f là nhiễu tác động n,m,k là các số tự nhiên, thường thì n > m: n là bậc của hệ thống còn t là thời gian tác động vào hệ thống Khi các nhiễu bên ngoài tác động không đáng kể ta có thể coi như là không có nhiễu lúc này phương trình tổng quát có thể viết đơn giản là ( , , , )( , , , ) 0 n m n m dx d x dy d y F x y dt dt dt dt   =  ÷   (2.2) SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi Từ phương trình động (2.1) và (2.2) ta có thể xây dựng được hàm truyền như sau: đó là tỷ số của ảnh laplace của tín hiệu ra so với ảnh laplace của tín hiệu vào ( ) ( ) ( ) W p p P Y X = Từ hàm truyền này bằng cách thay P j ω = thì ta được hàm truyền theo tần số ( ) ( ) ( ) W j j j Y X ω ω ω = Ở trạng thái xác lập thì tín hiệu vào và tín hiệu ra là không thay đổi vì vậy ta có dạng phương trình tĩnh của phần tử tự động như sau : ( ) ( ,0, ,0)( ,0, ,0) 0F x y = (2.3) Câu3: Trình bày các dạng đặc tính cơ bản của phần tử tự động . Trả lời : Dạng đặc tính của phần tử tự động còn gọi là đặc tính tĩnh nó biểu diễn mối quan hệ đầu ra với đầu vào ( )Y f X= (3.1) Để xác định được dạng đặc tính này người ta thay đổi giá trị của đầu vào X và đo tín hiệu ở đầu ra thay đổi thế nào, từ đó người ta xây dựng đường dạng đồ thị của các phần tử đó và cho ta được đặc tính của phần tử đó Thực tế người ta thay đổi giá trị của tín hiệu x tới khi nào tín hiệu của đầu ra đạt xác lập thì ta sẽ thu được dạng đặc tính của phần từ đó. Các dạng đặc tính của các phần tử gần như là phi tuyến rất ít có dạng tuyến tính . SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi - Dạng đặc tính a. biểu diễn mối quan hệ tuyến tính liên tục của tín hiệu ra so với tính hiệu vào dạng đặc tính này thường gặp ở các phần tử điện cơ - Đặc tính b là dạng đặc tính điều khiển lý tưởng có vùng bão hòa khi mà 1 | |x x< thì tín hiệu ra tỉ lệ tuyến tính so với tín hiệu vào còn khi mà 1 | |x x> thì phần tử này nằm trong vùng bão hòa phần từ này có thể gặp ở các linh kiên điện tử như tranzitor - Dạng đặc tính c là dạng đặc tính điều khiển lý tưởng có vùng không nhạy khi 1 | |x x< thì tín hiệu ra không có còn khi 1 | |x x> thì tín hiệu ra tỉ lệ tuyến tính so với tín hiệu vào , các phần tử này có thể gặp ở điốt, động cơ …. - Dạng đặc tính ở hình d là dạng đặc tính có vùng không nhạy và vùng bão hòa khi mà 1 | |x x< thì tín hiệu ra bằng 0 (nhỏ nhất) khi 1 | |x x> thì tín hiệu ra là lớn nhất và không đổi trong đó có khoảng x∆ là vùng tuyến tính tín hiệu y tăng dần . - Dạng đặc tính (e) là dạng đặc tính rơ le tín hiệu ra bị thay đổi đột biến khi tới một giới hạn nào đó . - Dạng đặc tính (f) là dạng đặc tính lật trạng thái lý tưởng dùng đẻ mô tả phần tử một cách gần chính xác . Các dạng đặc tính còn lại là các dạng đặc tính mà tín hiệu ra không những phụ thuộc vào tín hiệu vào mà còn phụ thuộc vào hướng tác động của tín hiệu vào . Câu 4: Trình bày các tham số cơ bản của phần tử tự động . SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi Trả lời: Các tham số cơ bản của phần tự tự động dựa trên dạng đặc tính cơ bản của các phần tử đó Hệ số truyền: là một tham số thể hiện mối quan hệ tỉ lệ giữa tín hiệu ra so với tín hiệu vào dưới dạng một hàm số thì ta có biểu thức như sau : . b Y K X= Trong đó b K là hệ số biến thiên và được gọi là hệ số truyền đạt của phần tử tự động, chúng ta có thể dùng hệ số dạng vi phân dưới dạng giới hạn của số gia giữa tín hiệu ra và số gia của tín hiệu vào khi số gia của tín hiệu vào tiến tới 0 0 lim x y dy K x dx ∆ −> ∆ = = ∆ Khi đặc tính điều khiển là tuyến tính thì ta có b K K= = const, trong các điều kiện ứng dụng khác nhau thì hệ số truyền được gọi tên khác nhau như trong khuếch đại thuật toán thì gọi là hệ số khuếch đại. Các giới hạn của đại lượng đầu vào và đầu ra : khi đại lượng đầu vào biến thiên từ giá trị axMin M X X − > và axMin M Y Y − > cho ta được giới hạn đầu ra và đầu vào từ đó suy ra tín hiệu ra có công suất thay đổi từ giá trị nhỏ nhất đến lớn nhất . Hệ số truyền công suất được tính bằng giới hạn của số gia công suất đầu ra chia cho số gia của công suất đầu vào . Trở kháng đầu vào và đầu ra : Ký hiệu là ,v R Z Z thông số này cho ta biết được điểm làm việc của các phần tử khi mắc vào mạch cụ thể đối với phần tử khuếch đại trở kháng vào càng lớn càng tốt còn trở kháng ra càng nhỏ càng tốt. Độ rộng vùng không nhạy: là khoảng giá trị mà tại đó tín hiệu ra không bị thay đổi khi tín hiệu vào thay đổi . Độ rộng vùng đa trị: là khoảng giá trị mà tại đó phần tử ta nhận mọi giá trị ví dụ trong rơ le đặc tính hút nhả của nó trong một dải rộng ngoài ra trong thực tế thì tín hiệu ra không chỉ phụ thuộc vào tín hiệu vào mà còn phụ thuộc vào các yếu tố khác VD: nhiệt độ áp suất độ ẩm, nhiễu … Ta có hàm tín hiệu ra được biểu điễn một cách tổng quát như sau: . . . . y y y y Y f x t x t β γ β γ   ∆ ∆ ∆ ∆ = + + + +  ÷ ∆ ∆ ∆ ∆   và đặt , , , t y y y y K K K K x t β γ β γ ∆ ∆ ∆ ∆ = = = = ∆ ∆ ∆ ∆ Trong đó K là hệ số truyền cơ bản còn các hệ số khác là các nhiễu tác động từ bên ngoài SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi ( ) . . . . t Y f K x K t K K β γ β γ = + + + + Sai số của tham số phần tử tự động + Sai số tuyệt đối , 1s Y Y Y∆ = − Trong đó s Y∆ là sai số tuyệt đối 1 Y là tín hiệu ra thực tế , Y là tín hiệu ra yêu cầu Sai số này cho phép ta chỉnh định lại các phần tử + Sai số tương đối , 1 .100% s s Y Y Y   ∆ ∆ =  ÷   Sai số này cho phép ta đánh giá và so sánh độ sai số giữa các phần tử với nhau . Câu 5: Trình bày các yêu cầu cơ bản của các phần từ tự động dùng trên tàu thủy . Trả lời: Trên tàu thủy là một nơi làm việc khắc nhiệt trong môi trường đó các phần tử đều phải làm việc với nhiệt độ cao, thấp từ -20 o C tới 60 o C đồng thời độ ẩm cao đạt 90 % nồng độ muối cao, môi trường axit sóng, bão, độ rung lắc mạnh …v v vì vậy trên tàu thủy các phần tử tự động phải đảm bảo + Nhỏ gọn thiết kế chắc chắn theo tiêu chuẩn của đăng kiểm, chịu được sự ăn mòn tốt đối với các hóa chất các khối được chế tạo chuẩn khi hỏng chỉ cần thay thế cả modul đó . Các thiết bị phải được đóng vỏ bảo vệ chống va đập cháy nổ, co dãn do nhiệt độ. + Do môi trường làm việc là rất khó khăn và khắc nhiệt nên đối với các phần tử đó cần phải được thiết kế sao cho ổn định được điểm làm việc, công tác của chúng hoặc làm việc trên một dải nhiệt độ nào đó đủ lớn. Câu 6 : Phân loại các phần tử tự động . * Theo chức năng thì PTTĐ được phân thành các loại như sau: phần tử nhạy cảm (càm biến) là phần tử biến đổi đại lượng cần kiểm tra thành tín hiệu đơn trị đối với đại lượng vào Phần tử biến đổi từ năng lượng này sang dạng năng lượng khác, biến đổi đại lượng có điện sang không có điện hoặc từ không điện sang có điện, biến đổi theo trị số năng lượng, các phần tử khuếch đại, biến đổi tín hiệu theo dạng liên tục, rời rạc loại tín hiệu một chiều sang xoay chiều biến đổi theo hàm của tín hiệu vào như các bộ giải tích, các phần tử tạo ra tín hiệu điều khiển từ việc so sánh tín hiệu SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi Các phần tử logic Các phần tử duy tri trạng thái Các phần tử tạo ra tín hiệu chương trình Phần tử tạo ra tác động tín hiệu điều chỉnh Phân loại theo dạng tín hiệu Tín hiệu rời rạc là dạng tín hiệu được lượng tử hóa theo thời gian hoặc theo mức Biến đổi dạng tín hiệu liên tục Phân loại theo quá trinh biến đổi năng lượng Phần tử thụ động: là phần tử chỉ đảm bảo về trị só tín hiệu ra theo trị số của tín hiệu vào do đó công suất nhỏ hơn công suất của tín hiệu vào Phần tử chủ động: là phần tử có nguồn nuôi độc lập, tín hiệu vào chỉ có tác dụng điều khiển tín hiệu ra của phần tử Dựa theo công suất Công suất loại nhỏ là < 10W Công suất loại trung binh từ 10W  100W Công suất lớn > 100W Phân loại các phần tử tham số và máy phát Phần tử tham số là phần tử có khả năng làm thay đổi các thông số của mạch như điện trở, điện cảm, điện dung Các phần tử máy phát điễn ra quá trình biến đổi trực tiếp từ năng lượng này thành năng lượng khác Phân loại theo hướng tác động Phần tử hở: là phần tử mà tín hiệu vào không chịu tác động của tín hiệu ra chỉ truyền theo một hướng từ cửa vào tới cửa ra Phần tử kín: là phần tử có phản hồi tín hiệu đầu vào chịu tác động của tín hiệu ở cửa ra Câu 7: Trình bày sơ đồ khối của một hệ thống tự động điều khiển, định nghĩa phần tử đo lường, phần tử cảm biến Trả lời: Trong một hệ thống tự động điều khiển bất kì nào đó bao giờ cũng được mô tả theo một mô hình tổng quát như sau : SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi Sơ đồ trên là một hệ thống tự động điều khiển dưới dạng tổng quát trong đó Khối 1, 2 là các khối cảm biến Khối 3 là phần tử cho trước Khối 4 khối này dùng để so sánh tạo tín hiệu điều khiển Khối 5 là phần tử biến đổi của cảm biến Khối 6 là khối nối tiếp của bộ điều khiển Khối 7 là phần tử khuếch đại Khối 8 là phần tử so sánh Khối 9 là phần tử phản hồi Khối 10 là phần tử thực hiện Phần tử đo cảm biến: là cơ cấu biến đổi đại lượng cần kiểm tra thành một tín hiệu ra thuận tiện cho việc gia công tiếp theo và truyền tín hiệu đi xa. SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi Câu 8: Trình bày về cảm biến chiết áp một kì Ta có dạng cấu tạo của cảm biến chiết áp một kì như sau: Hình 8.1 Khi chế tạo ra cảm biến kiểu chiết áp thường gặp nhiều sai số như sai số về bước nhảy, bậc khi con chạy tiếp xúc lần lượt với các vòng dây quấn đồng thời có thể do sự tiếp xúc không tốt và khoảng cách giữa các vòng dây là không đều Vì vậy khi nghiên cứu ta bỏ qua các sai số đó và ta có dạng công thức như sau: . . v R r r v U U I R R R = = Suy ra . V R U X U L = Trong đó v U là điện áp đầu vào R U là điện áp ra r R là điện trở ra v R là điện trở vào L là chiều dài biến trở X là khoảng dịch chuyển của con chạy Hệ số V U K L = được gọi là độ nhạy của cảm biến Chiết áp này được dùng thay cho điện trở SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi Câu 9: Trình bày về cảm biến chiết áp hai kì Còn thiếu Câu 10:Trình bày về cảm biến nhiệt điện trở kim loại Cấu tạo của cảm biến điện trở kim loại bao gồm: 1 là ống bao 2 là khung quấn dây SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi 3 là dây điện trở 4 là vít bắt dây Dây điện trở tùy thuộc vào loại cảm biến thì sẽ được chế tạo khác nhau Ví dụ: cảm biến nhiệt độ nước làm mát trong dải nhiệt độ từ 50 o C tới 200 o C thường được chế tạo bằng hợp kim của măng gan (Mn) Trong cảm biến nhiệt độ khí xả 0 600 -o C thường dây được chế tạo bằng hợp kim Pt (platin) Điện trở của cảm biến phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình sau: ( ) 2 3 0 1 . . . R R θ αθ βθ γ θ = + + + + Trong đó θ là nhiệt độ môi trường , , α β γ là các hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm dây điện trở Ta có dạng đặc tính của cảm biến điện trở kim loại như sau: Ta thấy là điện trở tăng khi nhiệt độ tăng và có dạng đường cong chứ không phải là đường thẳng Điện trở suất của cảm biến điện trở là : 1 . .n e ρ µ = Trong đó n là điện tích tự do trong 1 đơn vi thể tích [...]... lượng dầu trong một hệ thống nào đó Câu 12: Trình bày về cảm biến điện cảm Phần tử có khả năng làm thay đổi giá trị điện cảm của cuộn dây thì ta gọi phần tử đó là cảm biến điện cảm Trong đó: 1 là cuộn dây còn SINH VIÊN : 2 là khung từ phần tĩnh ĐẠI HỌC HÀNG HẢi 3 khung từ phần động Khi xảy ra sự thay đổi ở phần động sẽ làm cho từ thông thay đổi do ảnh hưởng của khe khí chính vì thế điện áp đầu ra sẽ thay... động cơ người ta thay đổi thứ tự cấp điện cho cuôn dây pha SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi Để điều chỉnh tốc độ động cơ ta điều chỉnh điện áp đặt vào stato của động cơ Câu 20: Trình bày về động cơ bước Khái niệm: Động cơ bước là một thiết bị đo đặc biệt dùng để biến đổi các xung điện áp thành dịch chuyển góc quay Cấu tạo: Bao gồm 2 phần, phần tĩnh và phần động: Stato là các lá thép kĩ thuật điện được ghép... đặt vuông góc với nhau trong không gian như hình vẽ Phần động là một rô to lồng sóc Nguyên lý hoạt động: Nguồn 2 pha là nguồn điện áp tạo ra trên 2 pha sao cho độ lệch pha của chúng là 90o khi ta cấp dong điện xoay chiều vào thì trong cuộn dây sẽ sinh ra các từ thông biến thiên và tổng hợp của chúng tạo ra một từ trường quay trong máy điện di bộ Để thực hiện đảo chiều động cơ người ta thay đổi thứ tự. .. cuộn dây sinh ra từ thông φ XTA , φ XTB , φ XTC các từ thông này trùng với trục của cuộn dây nên sinh ra từ thông tổng hợp có phương vuông góc với cuộn kích từ kết quả là điện áp ra là bằng 0 khi rô to quay thì từ thông tổng hợp lệch đi một góc lúc này do từ thông không vuông góc nên xuất hiện điện áp ra ở xen xin thu tỉ lệ với góc quay theo công thức U ra = U sin θ k Câu 14: Trình bày về máy phát tốc... ảnh hưởng của từ trường bên ngoài cao Câu 15: Trình bày về máy phát tốc đồng bộ Cấu tạo giống máy phát đồng bộ công suất nhỏ Hoạt động khi ta quay rô to thì trên cuộn dậy của máy phát đông bộ sẽ xuất hiện các sức điện động cảm ứng E = 4, 44.K q φ w.n công thức này cho ta thấy là sức điện đông sinh ra trên các cuộn dây sẽ tỉ lệ với số vòng quay của của máy Ưu điểm ít ảnh hưởng của từ trường ngoài, tỉ... tượng suy giảm dòng diện ở cuộn công tác xuất hiện dòng chênh lệch làm cho I t ≠ 0 điều này cho thấy dòng I t phụ thuộc vào I dk và ta có dạng đặc tính của khuếch đại từ hai cấp là tổng hợp của hai khuếch đại từ 1 cấp SINH VIÊN : ĐẠI HỌC HÀNG HẢi Câu 19: Trình bày về động cơ dị bộ hai pha Trả lời: Cấu tạo : máy điện di bộ 2 pha có cấu tạo gồm: phần động và phần tĩnh: phần tĩnh là stato bao gồm lõi thép... xuất hiện các sức điện động E p = 4, 44.K φ f cos(α ) Tại vị trí ban đầu hai roto của xen xin được đặt trùng nhau trong không gian điện áp các pha của cuộn dây 3 pha là bằng nhau do vậy trên dây dẫn không có dòng điện nên rôto không quay khi quay rôto của xen xin phát đi một góc α F và cố định xen xin phát tại vị trí đó thì tại dây phần ứng của xen xin phát sẽ có các sức điện động EAF = 4, 44.K φ ... một bộ như trên khi không có sự thay đổi góc quay thì từ thông qua là cuộn dây là triệt tiêu vì vậy không có dòng điệu chạy qua cuộn dây ở giữa vì vậy nên điện áp ra bằng 0 khi xảy ra hiện tượng góc quay bị xoay đi thì từ thông bị chệnh lệch xuất hiện điện áp ra ngoài khác 0 Câu 13: Trình bày về xen xin và các chế độ hoạt động của xen xin Trả lời: Xen xin là máy điện đặc biệt công suất nhỏ làm việc... ba cuộn rôto của động cơ bước thường là nam châm vĩnh cửu ngoài ra có thể làm bằng nam châm điện Hoạt động: Khi ta cấp một xung điện áp một chiều vào 1 cuôn dây stato thì cuộn dây đó trở thành nam châm điện , nam châm điện này sẽ tương tác với nam châm vĩnh cửu làm cho nam châm vĩnh cửu quay đi một vị trí trong không gian vị trí này chính là một bước của động cơ cứ như vậy ta tác động vào cuộn khác... việc trong hệ thống đồng bộ trên tàu (trên tàu thủy là chủ yếu) Cấu tạo: Phần tĩnh là stato Bao gồm lõi thép được ghép từ lá thép kĩ thuật điện ghép cách điện với nhau tạo thành hình trụ rỗng bề mặt bên trong có xẻ rãnh để đặt các cuộn dây Cuộn dây stato có 3 cuộn dây đặt lệch nhau một góc 120 o trong không gian Phần động rôto gồm 2 phần: lõi thép là hình trụ ghép từ các lá thép kĩ thuật điện cuộn dây . HẢi ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN PHẦN TỬ TỰ ĐỘNG . Câu 1:Trình bày về định nghĩa, chức năng phần tử tự động . Trả lời : Trong bất kỳ một hệ thống tự động điều khiển. tác động Phần tử hở: là phần tử mà tín hiệu vào không chịu tác động của tín hiệu ra chỉ truyền theo một hướng từ cửa vào tới cửa ra Phần tử kín: là phần