Đề Cương Phần Tử Tự Động

Tổng hợp lý thuyết ôn thi môn phần tửCâu 1: Trình bày khái niệm một hệ thống tự động ,các dạng sơ đồ sử dụng khi biểu diễn một hệ thống tự động hãy vẽ sơ đồ chức năng của một hệ thống tự động? Khái niệm 1 hệ thống tự động: Điều khiển là việc tổ chức 1 quá trình nào đó tiến triển theo 1 mục tiêu nhất định nhằm thực hiện 1 mục đích nhất định: ĐKTĐ là quá trình ĐK mà ko có sự tham gia trực tiếp của con người. HT ĐKTĐ là tập hợp tất cả các thiết bị trong 1 hệ thống đảm bảo điều khiển 1 quá trình nhất định do con người tạo ra. Sơ đồ khối của HTĐKTĐ điển hình: Sơ đồ cấu trúc và hoạt động của hệ thống :phần tử khuếch đại( BDK) thực hiện tín hiệu sai lệch có công suất rất nhỏ thành tín hiệu điều khiển có công suất lớn để điều khiển con chạy của điện trở công suất cấp nhiệt cho lò điện

Câu 1: Trình bày khái niệm hệ thống tự động ,các dạng sơ đồ sử dụng biểu diễn hệ thống tự động vẽ sơ đồ chức hệ thống tự động? * Khái niệm hệ thống tự động: - Điều khiển việc tổ chức trình tiến triển theo mục tiêu định nhằm thực mục đích định: - ĐKTĐ trình ĐK mà ko có tham gia trực tiếp người - HT ĐKTĐ tập hợp tất thiết bị hệ thống đảm bảo điều khiển trình định người tạo * TH Đặt Sơ đồ khối HTĐKTĐ điển hình: Bộ ĐK PTCH Thiết bị Động cơ, điện tử phần thông tử đốt minh nóng Tín hiệu mong muốn ĐT ĐK Hệ thống vật lý BiếnĐ K Đáp ứng đầu có thểđo * Sơ đồ cấu trúc hoạt động hệ thống : X(t) E(t) BĐK U(t) BKĐ CCCH ĐTĐK Y(t) Z(t) BĐLBĐ phần tử khuếch đại( BDK) thực tín hiệu sai lệch có công suất nhỏ thành tín hiệu điều khiển có công suất lớn để điều khiển chạy điện trở công suất cấp nhiệt cho lò điện phần tử chấp hành (CCCH) điện trở công suất lớn thay đổi giá trị điện trở qua làm thay đổi dòng điện thay đỏi nhiệt độ x(t) tín hiệu đầu vào, E(t) tín hiệu lệch, u(t) tín hiệu điều khiển, y(t) tín hiệu đầu ra, Câu 2: Trình bày cách phân loại phần tử tự động.Theo chức khuyếch đại,phần tử tự động đc chia thành loại khuyếch đại nào? Trình bày cách phân loại phần tử tự động: * Theo chức làm việc: - Phần tử cảm biến (sensor) : dùng để biến đổi đại lượng từ dạng sang dạng khác Thường từ đại lượng không điện sang đại lượng điện, thường nằm hệ thống đo lường kiểm tra - Phần tử khuếch đại : tăng cường tín hiệu, với biến thiên nhỏ tín hiệu đầu vào dẫn đến biến thiên tín hiệu -Phần tử chấp hành : phần tử dùng để tác động trực tiếp lên đối tượng điều khiển để điều chỉnh thông số trạng thái đối tượng theo yêu cầu định - Phần tử so sánh: so sánh tín hiệu đặt nhiệt độ đầu vào tín hiệu đầu điều khiển - Phần tử tính toán: - Phần tử lưu trữ liệu: * Theo đại lượng tác động đầu vào: - Cơ - Điện - Quang học - Âm - Nhiệt * Theo trạng thái vật lý: - Khí - Lỏng - Rắn * Theo chức KĐ, PTTĐ chia ra: - KĐ điện tử: bao gồm phần tử KĐ dựa chuyển động điện tử chân không khuếch tán điện tử - lỗ trống chất bán dẫn - Các phần tử KĐ thực biến đổi lượng khác từ nguồn cung cấp khác thành lượng tín hiệu đầu tác động tín hiệu đầu vào (KĐ máy điện) - Các phần tử KĐ dựa hiệu ứng điện từ (KĐ từ) Câu 3:Trình bày đặc trưng phần tử tự động,các loại sai số đc sử dụng nghiên cứu PTTĐ? Các đặc trưng PTTĐ: * Hệ số biến đổi : tỉ số đương lượng đầu đương lượng đầu vào tỉ số biến thiên đương lượng đầu ∆y biến thiên đương lượng đầu vào ∆x K= y x (hệ số biến đổi tĩnh) động) K' = ∆y dy ≈ ∆x dx (hệ số biến đổi giá trị K K* phụ thuộc vào dạng đặc tính phần tử giá trị có thứ nguyên * Ngưỡng độ nhạy : Ngưỡng nhạy thay đổi giá trị tối thiểu đương lượng đầu vào mà không gây thay đổi đương lượng đầu * Sai số: thay đổi đương lượng đương lượng vào không thay đổi Có loại sai số : - Sai số tuyệt đối : ∆y = y’ – y (hiệu số gt nhận đc gt tính toán) a% = - Sai số tương đối : tính toán) b% = - Sai số qui đổi : max đại ∆y 100% y ∆y 100% y ma x (tỷ số sai số tuyệt gt (tỷ số sai số tuyệt đối gt lượng đầu y x1 x2 x x1, x2 : ngưỡng độ nhạy Câu 4:Trình bày khái niệm chế độ làm việc động học phần tử tự động.Biểu diễn dạng phản ứng đầu PTTĐ đầu vào có thay đổi đột biến mức giá trị.khái niệm giá trị thiết lập thời gian thiết lập? * Chế độ làm việc động học PTTĐ: Chế độ động học trình chuyển tiếp PTTĐ hệ thống tự động từ trạng thái thiết lập vào trạng thái thiết lập khác, giá trị đầu vào x đầu y thay đổi theo thời gian * dạng phản ứng đầu PTTĐ: * Thời gian thiết lập khoảng thời gian cần thiết để giá trị tín hiệu y đạt tới giá trị thiết lập ttl Ytl=y0(1-e-t/T) T- số thời gian phần tử , độ lớn khoảng tg phụ thuộc vào quán tính phần tử dặc trưng số tg T Câu 6: Trình bày cấu tạo cảm biến dịch chuyển dùng biến trở,nguyên tắc hoat động sai số cảm biến vị trí dùng biến trở Cảm biến biến trở * Cấu tạo: Các thành phần : • • • Lõi : cách điện,có loại loại có vật liệu cách điện (gốm , sứ ) loại có kim loại phủ lớp cách điện Dây quấn : Dây điện trở hợp kim Niken, Crom, Constantin có đường kính 0.02 ÷ 0.1 mm Điện trở dây thay đổi từ vài chục ôm đến MΩ Dây bọc lớp êmay điện nên quấn vòng sát Con chạy : chế tạo hợp kim Platin-Iridi PlatinBerin để có độ đàn hồi tiếp xúc tốt • Có đầu trượt gọi tiếp điểm trượt, chuyển động tịnh tiến xoay kết hợp *Nguyên lý làm việc : - Cơ sở hoạt động: Dựa vào biểu thức điện trở (đối với dây dẫn) R- điện trở dây ρ - điện trở suất l - chiều dài dây S - tiết diện dây Với ρvà S không thay đổi, điện trở cảm biến tỷ lệ với độ dài l: R~l Trường hợp chạy dịch chuyển quay: R ϕ0, r ϕ ϕ0 – Góc toàn phần điện trở xoay ϕ – Góc dịch chuyển ứng với vị trí trượt Điện áp đầu cảm biến: tiếp điểm : Trường hợp chạy dịch chuyển thẳng: R l, r X R- điện trở toàn phần cảm biến, l - chiều dài biến trở r - điện trở phần cuộn dây, chạy dịch khoảng Điện áp đầu cảm biến: * Nguyên nhân gây sai số: Sai số gây ko ổn định tham số điện biến trở vào khoảng 0.03 – 0.1% Sai số nhiệt độ thường ko 0.01 – độ C Do làm việc với trở kháng tải: đặc tính tĩnh cảm biến biến trở phụ thuộc vào điện trở tải RH có sai lệch với đặc tính tĩnh ko tải - Biểu thức tính sai số: Sai số tuyệt đối: Sai số tương đối: Câu 7:Nguyên tắc hoạt động cảm biến điện cảm,cấu trúc,biểu thức qquan hệ,đầu vào,đầu ra,ưu nhược điểm phạm vi sử dụng Cảm biến điện cảm : Khái niệm: Cảm biến điện cảm cảm biến hoạt động dựa thay đổi giá trị điện cảm cuộn dây quấn xung quanh lõi sắt từ thay đổi trở kháng mạch từ cảm biến * Cấu tạo : U = I RH = 1-Lõi sắt từ 2-Cuộn dây 3-Nắp sắt từ (phần ứng di chuyển được) U RH U RH δ = = K δ ω L ω.µ0 S w2 Bao gồm cuộn dây quấn lõi sắt từ Độ dịch chuyển cần đo gắn với nắp sắt từ Nắp không tiếp xúc vật lý với lõi sắt mà cách khe hở không khí hình Nguyên lý làm việc : Dựa thay đổi giá trị điện cảm L cuộn dây quấn xung quanh lõi sắt từ thay đổi trở kháng mạch từ cảm biến Sự dịch chuyển cần đo đầu vào cảm biến gây thay đổi tham số mạch từ mạch điện dẫn đến thay đổi đại lượng đầu ra- dòng điện I, điện áp U Stator: phần tĩnh + lõi thép + dây Roto: phần quay + lõi thép + dây - Vỏ: bảo vệ Stato Roto Vỏ động làm = thép có dạng hình trụ, phía bên có cánh mỏng để tăng diện tích tỏa nhiệt Stato làm = sắt từ ghép lại với nhau, có xẻ rãnh để bố trí cuộn dây stato Roto động xoay chiều có loại: roto ngắn mạch, roto dây Trên stato động có bố trí cuộn dây A, B, đặt lệch 90 độ hình học Điện áp cấp cho cuộn dây A Ua, cho cuộn dây B Ub điện áp phải lệch pha 90 độ điện Điều đạt = cách dùng tụ điện C mắc nối tiếp vào cuộn dây Khi cuộn A đc gọi cuộn kích thích, đc cung cấp điện áp kích thích Ukt, cuộn dây B- cuộn đk, đc cung cấp điện áp điều khiển Udk * Nguyên tắc hoạt động: Điện áp xoay chiều tạo dòng xoay chiều cuộn dây điều khiển, dòng điện sinh từ thông đập mạch Tương tự, điện áp kích thích bị lệch pha 90 độ so với điện áo điều khiển nhờ tụ điện C tạo dòng điện kích thích hình thành từ thông kích thích đập mạch Do trục từ thông bố trí vuông góc nên từ thông tổng quay stato Đầu mút vecto từ thông tổng tạo nên đường elip Từ thông tổng cắt qua cuộn đay roto tạo nên dòng xoay chiều chạy cuộn dây Dòng xoay chiều đặt từ thông sinh cặp ngẫu lực tạo momen làm quay roto động Bằng cách thay đổi điện áp đặt vào cuộn dây thay đổi góc lệch pha điện áp điều chỉnh tốc độ động Khi đảo pha chiều quay đầu mút vecto từ thông tổng đổi chiều quay động quay theo chiều ngược lại • Hàm truyền Hàm số truyền (khi đầu tốc độ góc quay trục động �): Hàm sô truyền (khi đầu góc quay trục động cơ): Câu 10 (4đ) Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động chấp hành xoay chiều pha ? ưu nhược điểmc phương pháp Nêu mọt ứng dụng cụ thể kĩ thuật * 3pp điều chỉnh tốc độ động chấp hành xoau chiều pha: – Thay đổi biên độ điện áp đặt vào cuộn dây động cơ: Sự thay đổi thực = biến trở dùng khuếch đại từ, khuếch đại biến áp Nếu dùng biến trở ko thay đổi đc chiều quay, dùng khuếch đại biến áp khuếch đại từ thay đổi đc chiều quay động – Dùng quay pha, thay đổi pha nguồn cung cấp cho cuộn dây Sẽ dùng quay pha nhằm thay đổi độ lệch pha điện áp cấp cho cuộn dây stato động Độ dịch pha đc thay đổi khoảng -90 – 90 độ nhờ điện áp UP đặt vào quay pha => Bộ quay pha đảm bảo thay đổi tốc độ động chiều quay động – Kết hợp thay đổi biên độ thay đổi độ dịch pha PP có đặc trưng tốt nhiên thực phức tạp thực với động có yêu cầu độ xác truyền động cao Câu 9: (4đ) Trình bày cấu trúc, nguyên tắc hoạt động, hàm số truyền động chấph ành chiều Động chấp hành chiều: * Cấu trúc: - Trục động – Nắp bảo vệ vòng bi trước – Cổ góp 4- Chổi than 5- Roto với cuộn dây 6- Lõi cực từ 7- Cuộn dây kích từ vòng bi sau 10- Quạt gió 8- Móc treo 11- Đế 9- Nắp bảo vệ 12- Vòng bi Stato: thép kỹ thuật điện ghép chặt với nhau, có bố trí cuộn dây kích từ Đối với động công suất nhỏ dùng nam châm vĩnh cửu Roto: thép kỹ thuật điện ghép chặt với nhau, có rãnh bố trí cuộn dây đk Các cuộn dây roto đc tiếp điện bên cấu cổ góp-chổi than = tiếp điểm Có nhóm: - Động chiều kích từ nối tiếp - Động chiều kích từ // - Động chiều kích từ hỗn hợp - Động chiều kích từ độc lập * Nguyên tắc hđ: Dựa tượng cảm ứng điện từ Dòng điện IKT chạy cuộn kích từ làm cho cực từ trở thành nam châm điện, nam châm sinh từ trường B Khi dòng điện IU chạy cuộn dây roto, tác động từ trườn B bên trái cuộn dây sinh lực điện từ F1(hướng xuống dưới) Tương tự phía bên phải cuộn dây xuất lực điện từ F2(hướng lên trên) Các lực điện từ tạo thành ngẫu lực làm quay cuộn dây phần ứng (roto) * Hàm truyền: Xét phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐC chiều cách thay đổi Uu Phương trình cân điện áp mạch phần ứng: - hệ số; - tốc độ động cơ; - điện cảm cuộn dây phần ứng động Biến đổi Laplace vế: - số thời gian phần ứng động Phương trình cân mômen: J - mômen quán tính động cơ; - mômen tải đặt vào trục động Trong chế độ không tải : - hệ số Biến đổi Laplace: Thay xác định vào ta được: Hàm truyền: Câu 11 (4đ) Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động chấp hành chiều ưu nhược điểm phương pháp ? Nêu ứng dụng cụ thể kỹ thuật * 3pp điều chỉnh động chấp hành chiều: – Thay đổi dòng điện phần ứng - Sơ đồ: Biến trở mắc nối tiếp bên mạch phần ứng động - Ưu điểm + Đơn giản, dễ thực hiện; + Đặc tính điều chỉnh tuyến tính - Nhược điểm: + Không hiệu lượng (công suất tiêu tán điện trở vô ích); + Với động có công suất lớn kích thước lớn, việc điều chỉnh giá trị biến trở gây đánh lửa phát sinh nhiễu phương pháp sử dụng với động công suất nhỏ không thường xuyên thay đổi tốc độ trình làm việc – Thay đổi dòng điện kích từ PP mắc thêm biến trở RKT nối tiếp vào mạch kích từ động - Sơ đồ: Biến trở mắc nối tiếp vào mạch kích từ động - Ưu điểm + Đơn giản, dễ thực hiện; + Kích thước không lớn dòng điện kích thích nhỏ nhiều dòng điện phần ứng với động kích từ độc lập - Nhược điểm: + Đặc tính điều chỉnh không tuyến tính, phạm vi điều chỉnh hẹp; + Không thể điều chỉnh khởi động quay động tốc độ thấp  Phương pháp điều chỉnh tốc độ dùng kết hợp với phương pháp thay đổi điện áp phần ứng với ý nghĩa ổn định tốc độ động – Thay đổi điện áp phần ứng - Ưu điểm + Đặc tính điều chỉnh tuyến tính toàn dải tốc độ; + Không bị tiêu hao lượng vô ích - Nhược điểm: + Phức tạp chế tạo điều khiển nhằm thay đổi điện áp chiều công suất lớn Phương pháp sử dụng chủ yếu hệ thống truyền động bám dây chuyền sản xuất - Các phương pháp thay đổi điện áp phần ứng: + Dùng khuếch đại máy điện, khuếch đại từ; + Dùng chỉnh lưu có điều khiển (dùng Thyristor, Triăc – chỉnh lưu); + Dùng điều chế độ rộng xung (PWM) (dùng cho động công suất nhỏ) Câu 12 (4đ) Trình bày cấu trúc, nguyên tắc hoạt động hệ thống thuỷ lực, xác định hàm truyền, cấu chấp hành truyền lực kiểu xi lanh Ưu nhược điểm sử dụng hệ thống thuỷ lực Hệ thống thủy lực: * Ưu/ nhược: Ưu: + Điều khiển vô cấp tốc độ đối tượng đk + Công suất chấp hành lớn + Dễ dàng thay đổi chiều quay hướng dịch chuyển trục cấu chấp hành + Có độ bền cao, độ tin cậy cao, phải bảo dưỡng Nhược: - Có quán tính lớn - Có thay đổi tính chất lý hóa chất lỏng công tác - Có tiêu hao rò rỉ dầu thủy lực việc truyền dẫn dẫn đến giảm hiệu suất - Dễ cháy nổ - Ko thể truyền lượng đến khoảng cách lớn * Cấu trúc: - Bình chứa thủy lực - Bơm thủy lực - Thiết bị điều khiển - Cơ cấu chấp hành thủy lực - Các lọc đường ống - Đường ống dẫn dầu - Các van khóa, đồng hồ * Nguyên tắc hđ: Dầu thủy lực từ bình chứa theo ống hút vào bơm tăng áp, qua van xả áp, qua van chiều van tiết lưu tới khoang thiết bị phân phối thủy lực Cơ cấu chấp hành phụ thuộc vào cần gạt Các khoang thiết bị phân phối đưa dầu thủy lực tới cấu chấp hành, khoang thoát dầu thông với bình chứa qua ống dẫn - Tại vị trí I: dầu thủy lực bị chặn trượt đối tượng đk nằm vị trí cân - Tại vị trí II: trượt dịch xuống dưới, khoang đc nối với khoang 8, khoang đc nối với khoang 2, pittong dịch chuyển lên - Tại vị trí III: trượt dịch lên trên, pittong chuyển theo chiều ngược lại - Tại vị trí IV: khoang đc cách ly với khoang 2, 8; khoang nối với khoang xả => Khi tác động tải bên pittong dịch chuyển ngược * Hàm truyền, đặc tính tĩnh: Đặc tính tĩnh cấu chấp hành thủy lực kiểu xi lanh: a Đặc tính lý tưởng; b Đặc tính thực tế; - lưu lượng ra, đặc trưng cho độ giữ chậm phản ứng Ta có: , - lưu lượng đầu vào lưu lượng đầu van tiết lưu D - độ mở van tiết lưu (tính theo đơn vị %) Tốc độ dịch chuyển Pittong: - hệ số,phụ thuộc vào cấu trúc cấu chấp hành thủy lực,và tính chất dầu thủy lực Khi tính đến ma sát pittông bề mặt xi lanh Hàm số truyền: - Khâu quán tính bậc có giữ chậm - thời gian giữ chậm, phụ thuộc vào độ ma sát pittông – xi lanh Câu 13 (4đ) Trình bày cấu trúc, nguyên tắc hoạt động hệ thống khí nén Xác định hàm truyền cấu chấp hành khí nén kiểu xi lanh Ưu nhược điểm sử dụng hệ thống khí nén Hệ thống khí nén: * Cấu trúc: 1,5 Bộ lọc khí; Máy nén khí; Động máy nén khí; Van chiều ; chứa khí nén; Van xả áp; Đồng hồ áp suất; lanh ; Cơ cấu chấp hành khí nén kiểu xi 10 Van đảo chiều; ON/OFF 11 Van tiết lưu; Bình 12,13 Van * Nguyên tắc hđ: Ko khí qua lọc vào máy nén khí 3, máy nén khí hđ nhờ động Khí nén qua van chiều 4, lóc vào bình chứa Van để bảo vệ áp Khí nén qua van 12, 13 tới nơi tiêu thụ Can tiết lưu 11 để điều chỉnh lưu lượng khí nén qua thiết bị phân phối 10 tới cấu chấp hành kiểu xi lanh Khi ko có tín hiệu đk, cấu đẩy vùi phun => ống vòi phun vị trí cân => Lưu lượng khí nén cấp cho khoang khí nén = => pittong nằm vị trí cân bằng, Khi có tín hiệu đk, cấu đẩy vòi phun dịch chuyển làm ống quay Diện tích tiếp xúc đầu vòi phun với ống dẫn khí khác => Áp suất đặt lên pittong khác => pittong dịch chuyển theo hướng từ khoang có áp suất cao phía khoang có áp suất thấp * Hàm truyền, đặc tính tĩnh: Hàm truyền: - khâu khuếch đại lý tưởng Trong thực tế, cần phải tính đến độ nén chất khí => - khâu khuếch đại quán tính - số thời gian, phụ thuộc vào tính chất khí nén, áp suất nén Khi tính đến ma sát pittông bề mặt xi lanh => có độ giữ chậm: - thời gian giữ chậm, phụ thuộc vào độ ma sát pittông – xi lanh Đặc tính tĩnh cấu chấp hành khí nén kiểu xi lanh: a Đặc tính lý tưởng; b Đặc tính thực tế; - góc quay, đặc trưng cho độ giữ chậm phản ứng Khi coi đầu cấu chấp hành khí nén kiểu xi lanh độ dịch chuyển: Hằng số thời gian cấu chấp hành khí nén cỡ, nhỏ nhiều so với cấu chấp hành thủy lực nên bỏ qua * Ưu, nhược: + Đơn giản cấu trúc bảo dưỡng + Độ tin cậy, an toàn cao, phải + Làm việc tốt mt khắc nghiệt cao + Tác động nhanh + Có khả truyền khí nén khoảng cách lớn phân phối đến nhiều nơi + Ko bị ảnh hưởng xạ vô tuyến, nhiễu điện tử - Hiệu suất sử dụng lượng ko cao - Khối lượng, kích thước tương đối lớn - Ồn,khó khăn việc đảm bảo ổn định tốc độ đầu trục động tải bên thay đổi