Đề cương Cơ sở Tự động hóa

- Câu1: Chức cấu tạo hệ đIều khiển sô Mô tả nêu định nghĩa phận Phân tích dòng lu thông tín hiệu hệ đIều khiển số A/ Nguyên tắc vận hành máy công cụ đIều khiển số: (NC) Chơng trình gia công chi tiết bao gồm thông tin cần thiết để g/c chi tiết chơng trình bao hàm thông tin liên quan trực tiếp với máy: Lệnh đòng ngắt mạch bơm dung dịch trơn nguội Lệnh tạo số vòng quay số chiều quay cho trục - Lệnh đổi dao cụ Chơng trình g/c chi tiết đợc soạn thảo lu trữ vật mang tin nh băng đục lỗ, băng từ, CD đa vào hệ điều khiển số thông qua nút bẩmtên bảng đIều khiển , thông qua tay quay, đầu đọc, máy tính B/ Dòng lu thông liệu hệ điều khiển số *) Lớp 1: Nạp liệu: + Bằng tay: nhờ bảng đIều khiển nhờ cấu khí Bằng tay quay Bằng tay gạt Dạng cấp tín hiệu giới hạn cho việc g/c chi tiết lẻ, kết cấu đơn giản cho trình đIều chỉnh máy + Đầu đọc vật mang tin: băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ, CD + Trực tiếp từ nhớ máy tính đIều hành g/c *) Lớp 2: Lu trữ thông tin đầu vào nh: + Chơng trình g/c chi tiết + Các liệu dao cụ, hiệu chỉnh dao + Giá trị hiệu chỉnh máy + Chơng trình cho cụm đIều khiển đợc lu trữ ccác nhớ bán dẫn nh RAM *) Lớp 3: Lớp lu chuyển Các liệu chơng trình đợc xử lý + Tính toán đờng dịch chuyển cần thực câu lệnh + Tìm quỹ đạo tơng quan với biên dạng lập trình + Thực thủ pháp kĩ thuật + Kiểm nghiệm lại thông số quan trọng - - *) Lớp 4: Lu xử lý: Gồm có nội suy, tìm giá trị cần vị trí cho mạch đIều chỉnh, vị trí trục chạy dao Đa số liệu đIều khiển trục đIều khiển toàn máy *) Lớp 5: ĐIều chỉnh: + Vị trí + Tốc độ dịch chuyển trục cho phù hợp với tốc độ chạy dao vị trí tức thời trục *) Lớp 6: ĐIều khiển toàn máy Câu2: Các thông tin điều khiển: ĐIều khiển: Là tác động có mục đích đến dòng lu thông lợng dòng lu thông vật chất thông qua cá thông tin Thông tin thông báo cho hệ điều khiển để tạo điều kiện thực chức đợc xác định Để điều khiển máy công cụ hệ đIều khiển số cần thông tin nh là: + Chuyển động tơng đối dao cụ chi tiết + Các số liệu công nghệ: tốc độ chạy dao, tốc độ cắt + Các chu trình gia công +Các chức phụ (Bôi trơn, làm nguội, đổi dao.) Biểu thị thông tin qua tín hiệu : Thông tin đợc trình bày nhiều giá trị diễn biến giá trị tín hiệu Hệ tín hiệu chấp nhận giá trị số rời rạc xác định gọi tín hiệu sô Hệ đIều khiển làm việc với tín hiệu số gọi hệ thống tín hiệu số Các hệ thông số mã số: a.Hệ thập phân: (Decimal System) Cơ số hệ thống 10 10010=1.102+0.101+0.100 Cơ số hệ thống số ký tự mà hệ thống cần có để biểu thị giá trị số hệ thập phân Các ký tự là: 0,1,2, b.Hệ nhị phân( Dual System) Cơ số hệ thống 2: 1002=1.26+1.25 +0.24+0.23+1.22+0.21+0.20 =1100100 ý nghĩa đặc biệt hệ nhị phân: + Các giá trị số cần kí tự để biểu diễn nên dễ thực + Dạng lợng khác ý nghĩa mà ngời ta quan tâm đến kí tự biểu diễn trạng thái + Các tín hiệu nhị phân có tốc độ xử lý cao, có mật độ tích chứa lớn phần tử bán dẫn điện tử *Hệ bát phân: Cơ số hệ thống có nghĩa cần kí tự số để biểu thị số:0,1,2, 10010= 1448= 1.82+4.81+4.80 *Hệ thập lục phân: Cơ số hệ thống 16: 1,2,3, ,9,A,B,C,D,E,F *Hệ thống kí tự chữ nhị phân: - Hệ nhị phân tuý (Chỉ biểu thị số) đợc ứng dụng để xử lý liệu nội hệ điều khiển Để đa vào hay xuất thông tin cho hệ điều khiển, số cần kí tự chữ cái, dấu biểu trng, dấu phép tính đợc trình bày nhờ tổ hợp kí tự 1,0 hệ nhị phân - Quy luật tổ hợp kí tự để biểu thị ký tự đợc gọi CODE (mã số) đợc tiêu chuẩn hoá quốc tế - Các mã số ứng dụng trình cấp chuyển giao thông tin hệ điều khiển số phải thoả mãn cá điều kiện: + Phải mã nhị phân + Phải đảm bảo đủ khả tổ hợp kí tự nhị phân ( chữ cái, chữ số, kí tự đặc biệt dấu hiệu phép tính biểu thị đợc + Mã số phải đợc xây dung cho lỗi truyền đạt thông tin đợc nhận cách tự động (lỗi lập trình, băng từ đĩa bị bẩn,bị xớc, có virus đầu từ đọc xấu) + mã số cần tơng thích đợc với mã truyền đạt thông tin xử lý số, hệ điều khiển số đợc mã số theo tiêu chuẩn DIN 66024 nằm tiêu chuẩn Mỹ ASCCII Câu 3: Các khái niệm phần tử hệ thống điều kiển tự động 1) Khái niệm hệ thống điều khiển tự động Điều khiển tự động: có vai trò quan trọng việc phát triển tiến khoa học kỹ thuật: lĩnh vực ứng dụng gồm có: Chế biến thực phẩm; Máy công cụ; Robo cong nghiệp; dây chuyền tự động; GTVT; Công nghệ thông tin Ngày điều khiển tự động đạt đợc trình độ kỹ thuật cao có nhiều loại hệ thống điều khiển mà đối tợng điều khiển là: hệ thống quản lý; trang bị kỹ thuật; hệ thống quản lý kỹ thuật; Cơ chế sinh vật Điều khiển học kỹ thuật ngiên cứu đối tợnglà: Nghiên cứu đối tợng thiết bị kỹ thuật hệ thống vật lý; vật lý Trong hệ thống có hay nhiều tín hiệu vào ra: U(e) y(s) Hệthống Vd: u(e) Sơđồ chức van +u -u Sơđồ khối hệthống Đ ộng Bộ khuy đại Van u(e) + Hệthống U(s) Hệthống đo U(s) 2) Các phần tử hệ thống DKTĐ:Đều qui ba phần tử sau: - Thiết bị điều khiển (Contronller) - Đối tợng điều khiển (Object) - Thiết bị đo lờng (Measuring device) Sơđồ khối phận Đ KTĐ u(e) + e C x O y(s) M Câu 4: Cách phân loại hệ thống điều khiển tự động Có nhiều cách phân loại khác nhiện dữa vào tác dụng dòng tín hiệu vào ngời ta phân thành: hệ thống kín hở a) Hệ thống hở: hệ thống mà tín hiệu vào tín hiệu có tính chất độc lập với Đặc điểm hệ thống hở: - Độ xác phụ thuộc vào khả điều chỉnh độ tin cậy thiết bị - Bị ảnh hởng điều kiện bên ngoài: Tải trọng -> dao động; to,p ; dao động xung quanh - Tín hiệu đáp ứng chậm thay đổi tín hiệu vào b) Hệ thống kín: hệ thống mà tín hiệu vào tín hiệu phụ thuộc vào Tín hiệu vào phụ thuộc tín hiệu thông qua phản hồi -> Hệ thống kín hệ thống hở có phản hồi - HTĐK tuyến tính - HTĐK phi tuyến tính - HTĐK liên tục: liệu tác động hệ liệu tơng tự - hàm liên tục theo thời gian - HTĐK số: hệ thống dời rạc, hệ xung số(tín hiệu dời rạc) - HTĐK ngẫu nhiên: hệ thống có tín hiệu ngẫu nhiên tác động - HTĐK tối u: hệ mà có thiết bị đk có chức tổng hợp để đạt đợc độ xác cao thời gian truyền tín hiệu - HTĐK thích nghi: hệ thống tự chỉnh có khả thích ứng cách tự động với thay đổi tác động từ bên ( đk môi trờng, đối tợng điều khiển) Hệ có khả thay đổi tham số cấu tạo cách tự động để thích nghi với thay đổi đk bên Đợc ứng dụng vi sử lý mạnh Câu 5: Các nguyên tắc điều khiển : Trả lời : Có nguyên tắc điều khiển bản: A.Điều khiển sai lệch :Thực so sánh san giá trị đáp ứng giá trị tín hiệu vào Đợc ứng dụng mạch điều khiển có phản hồi Hình vẽ : F: nhiễu tác động vào đối tợng điều khiển B.Điều khiển theo phơng pháp bù nhiễu Sử dụng thiết bị bù trừ nhiễu để giảm ảnh hởng nhiễu đến đáp ứng hệ Nguyên tắc điều khiển ứng dụng cho mạch hở C Điều khiển hỗn hợp :là kết hợp hai điều khiển sai lệch điều khiển bù nhiễu Hệ thống điều khiển theo hỗn hợp đợc dùng rộng rãi thực tế Nhiễu f tác động lên đối tợng điều khiển làm tăng tín hiệu Thiết bị bù Kcó tác dụng ngợc dấu f nghĩa tác dụng bù giá trị điều khiển C làm tín hiệu E giảm D.Điều khiển thích nghi :Tín hiệu đầu vào biến đổi độ Khi thay đổi trạng thái gây chậm trễ thời gian đáp ứng Ta hiểu thời gian để nạp yếu tố dự trữ lợng nh hệ thống dầu ép khí nén có dung tích nên áp suất không tăng vật có khối lợng chuyển động có quán tính có ma sát trình gọi trình độ với thời gian độ t = t1 t2 Sau thời gian t1 đáp ứng đạt giá trị điều khiển ổn định Chế độ gọi chế độ xác lập (chế độ ổn định ) Tuy đặc điểm cấu trúc gây trình ma sát tổn thất lợng mà đáp ứng chế độ ổn định có sai số làm việc giảm độ xác điều khiển Để cải thiện đặc tính trình độ nâng cao độ xác ổn định hệ để đáp ứng điều ta dùng phản hồi T I D Câu6: Nhiệm vụ phân tích thiết kế hệ thống Các phơng pháp mô tả hệ thống đk.Phơng trình vi phân tuyến tính hệ vật lý.Phơng trình đặc trng Biến đổi Laplace Hàm truyền hệ thống Bài làm: 1.Nhiệm vụ phân tích thiết kế hệ thống: Nội dung lý thuyết đk tự động toán phân tích tổng hợp hệ thống a.Hệ thống thiết bị vận hành mà có cố cần điều chỉnh lại tham số cần giảI bàI toán phân tích hệ thống nghĩa phảI đánh giá lại tiêu chất lợng hệ thống Để làm đợc việc phảI xác định đợc mô tả toán học phần tử hệ thống Từ mô hình toán học toàn hệ thống ngời ta xét xem hệ làm việc có ổn định ko, tiêu chất lợng # nh:Thời gian đk nhanh hay chậm, thông số đk, đại lợng đợc đk có nằm yêu cầu cho phép hay ko Chỉ toán phân tích hệ thống nhng phải dung nhiều công cụ toán học # nhau, loại hệ thống # bàI toán phân tích hệ thống có loại đơn giản phức tạp.Đơn giản giảI = giảI tích đại số thông thờng Phức tạp giảI = máy vi tính b.Thiết kế hệ thống xác định tham số, cấu trúc dựa vào yêu thiết kế nh: độ xác đk, độ tác động nhanh hệ thống, lợng tiêu hao hệ thống đạt cực tiểu Thiết kế (tổng hợp) hệ thống thòng đI kèm với bàI toán phân tích hệ thống, có hệ thống thiết kế sơ cần cảI thiện chất lợng hệ thống tốt hơn, đa thiết bị vào hệ thống VD: Bộ đk tỷ lệ tích phân vi phân PID Độ PID sễ cải thiện làm thay đổi hẳn đặc tính hệ thống BàI toán tổng hợp hệ thống đk tự động bàI toán quan trọng, phức tạp 2.Phơng pháp mô tả hệ thống đk Dùng mô hình toán học dựa vào qui luật vật lý tìm mối quan hệ đại lợng biến đổi bên hệ qua phơng trình biểu diễn (ptr vi phân, ptr Laplace) Các phơng trình ptrình toán học hệ thống Dùng sơ đồ khối graphe tín hiệu phơng pháp mô tả hệ đk tự động = họa đồ biểu diễn quan hệ gia phần tử biểu cho ptr toán học đặc trng cho phần tử nh cho hệ Dùng pp biến trạng thái pp mô tả hệ đk dới dạng ptr vi phân bậc tức = việc đặt biến trạng tháI để chuyển ptr vi phân bậc cao bậc 1, pp dùng để khảo sát hệ đk phi tuyến ptr vi phân bậc cao mà pp ko thể thực đợc Hiện đk hệ thống # nhng có dạng mô hình toán dùng mô hình chung để nghiên cứu 3.Phơng trình vi phân tuyến tính hệ vật lý: Mối quan hệ lợng biến động hệ thống vật lý đợc mô tả = ptr vi phân số hạng ptr vi phân luỹ thừa bậc biến phụ thuộc vào đạo hàm chúng ptr ptr vi phân tuyến tính VD: Mô hình toán hệ vật lý tuyến tính (hình vẽ) Ptr vi phân mô tả hoạt động hệ là: M.d2y/dt2 + f.dy/dt +k.y(t) = r(t) Nếu ptr vi phân có số hạng có bậc luỹ thừa cao tích phân hàm siêu việt biến phụ thuộc vào đạo hàm chúng ptr vi phân phi tuyến Tuyến tính tính chất hệ tổng quát có biến độc lập biến trung gian Trong hệ tuyến tính chồng chất tính chất có ý nghĩa u1(t) u2(t) uc(t) un(t) y1(t) y2(t) yc(t) yn(t) (hình vẽ) Điều có nghĩa có đầu vào u(t) tạo nên đầu y(t) (trong u(t) y(t) tổng đầu vào đầu ra) n u(t) = c1u1(t) + c2u2(t) ++ cnun(t) = ciui(t) i =1 n y(t) = c1y1(t) + c2y2(t) ++ cnyn(t) = ciyi(t) i =1 Ta biết hệ đk có trình xảy ra: trìnhquá độ trình xác lập, trình đợc thể nghiệm ptr vi phân mô tả hoạt động chúng Ta thấy y0(t) đặc trng cho trình xác lập yqđ(t) đặc trng cho trình độ yqđ(t) = n i =1 ci.eDi.t Di: nghiệm ptr đặc trng y qd nghĩa t giới hạn y qđ0 hệ Ta có lim t tiến tơ giới hạn ổn định 4.pp biến đổi Laplace: Gắn lion với đk tự động sở pp giảI tích để tìm đáp ứng của trình độ qúa trình xác lập, chuyển ptr vi pphân tuyến tính, hệ số cố định thành ptr đại số ding biến đổi laplace để giảI ptr vi phân tuyến tính đơn giản nhiều so với pp #, đặc biệt ptr bậc cao hệ ptr vi phân phù hợp cho việc khảo sát hệ ứng dụng tin học VD:ta có hệ đk với thông số biểu diễn ptr vi phân: U(t) = a0(y) + a1dy/dt +.+ andny/dtn Chuyển sang ptr laplace có dạng: U(s) = (a0 + a1s ++ ansn).y(t) Từ ptr ta nói chuyển ptr chứa đạo hàm theo thời gian t thành ptr đại số ding đại lợng biến laplace s thay cho đạo hàm, tức chuyển từ lĩnh vực thời gian sang lĩnh vực laplace Đ/n: biến đổi laplace L[] L{} kết thuật toán chuyển đổi hàm thời gian f(t) hàm F(s) biến phức s s = + j với , số thực j2 = -1 F(s)=L[f(t)] = e-st.f(t)dt Với f(t) hàm thực liên tục suốt thời gian khảo sát gọi hàm gốc S: biến toán tử laplace ; F(s): ảnh hàm gốc *Công thức biến đổi laplace ngợc: biến ảnh F(s) hàm gốc f(t) ta tính đợc F(s) theo công thức sau: + j f(t) = 2j F ( s ) estds = L-1{F(s)} j Thông thờng tính f(t) theo công thức biến đổi ngợc khó khăn tính hàm F(s) ta thờng phân tích thành hàm đơn giản sử dụng công thức biến đổi qua lại: y(t) y(s) ; dy/dn s.y(s) ; d2y/dt s2.y(s) ; dy/dtn s2.y(s) ; ydt y(s)/s ; ydt y(s)/s2 Hiện ngời ta tính toán đợc cặp biến đổi qua lại tức cặp biến đổi thời gian sang laplace ngợc lại VD: 1/s1; 1/s2t ; 1/sn (tn-1)/(n-1)! 1at ; 1/(s+a) e-at 5.Hàm truyền hệ thống: hàm truyền phần tử hệ thống đk tuyến tính tỷ số ảnh laplace tín hiệu với ảnh laplace tín hiệu vào với điều kiện ban đầu triệt tiêu Dạng tổng quát hàm truyền là: n n i =0 j =0 j a s + + a s + a i G(s) =y(s)/u(s) = s / b j s = bmn s m + +b11s +b00 n Hoặc y(s) = G(s).u(s) + số hạng uok , yok Khi điều kiện ban đầu tức là: uok , yok =0 thì: y(s)=G(s).u(s) G(s): hàm truyền U(s): input; y(s): output; Giả sử ta có phơng trình hệ điều khiển là: M.s2.y(s)+f.s.y(s)+k.y(s)=r(s) Thì hàm truyền phơng trình laplace là: G(s)= y(s)/r(s)=1/m.s2 + 1/f.s + 1/k = 1/(m.s2+f.s+K) Sơ đồ vật lý làm truyền số phần tử thờng gặp V2(s)/V1(s)=1/(RCS+1) V2(s)/V1(s)=RCS/(RCS+1) Sơ đồ 10 b U X = (a0 X + a1 X + a2 X ) + a3 a3 , X = 0.X + 1.X + 0.X + 0.U X = 0.X + X + 1.X + 0.U Từ pt ta có hệ pt X = 0.X1 + 1.X2 + 0.X3 + 0.U X = 0.X1 + 1.X2 + 0.X3 + 0.U X = (a0X1+ a1X2+ a2X3) + b0.U/a3 a3 x1 x = x 0 x + Y a a a b a3 a3 a3 a3 Ta có pt trạng thái viết dới dạng ma trận tổng quát X = A X + B.U A= a a3 Trong a a3 B=0 b a3 a a3 Vì tín hiệu Y(t) = X1 nên V= X1 + X3 +0.U Y = 0.x + 0.U hay Y =C.X Vậy ta có : với C = 0 X = A X + B.U , Y =C.X *Graph tín hiệu mô tả trạng thái: G (s) = C (s) b0 = U (s) S + a 3.S + a S2 + a1 S + a Nếu dặt X1 , X2 , , X4 biến trạng thái graph tín hiệu biến trạng thái tín hiệu là: X 1/ S 1/S X X X2 20 X = X , X = X , X = X , X = a0 X1 a1.X a2 X a3.X + U (**) Tins hiệu C(t) = b0.X1 nên ta có X = A X + B.U , 0 0 A= 0 a a a a3 0 B= C(t) = D.X D=b0 Đặt biến trạng thái (**) ta có Graph tín hiệu Tín hiệu C(t) = b0.X1 +b1.X2 +b2.X3+b3.X4 X = A X + B.U x1 x = x x a0 x1 x + U (t ) 0 x3 a1 a2 a3 x4 1 0 0 21 C(t) = D.X = [ b0 b1 b2 x1 x b3 ]. x3 x4 *Sơ đồ khối mô tả biến trạng thái Giả sử ta có hàm sau Y ( s) b S + b S + b S + b W(s) = U ( s ) = S0 + a 1S + a 2S + a 3 Sơ đồ khối mô tả hệ X1 =Y(t) - b0.U => Y(t) = X1+ b0.U X = X2 + b1.U - a1.Y = -a1.X1+X2+(b1-a1.b2).U X =b3.U-a3.Y=-a3.X1+(b3-a3.b0).U x1 x = x a1 x1 b1 a1.b0 a x + b a b U 2 , a3 0 x3 b3 a3.b0 Y=X1 +b0.U Câu10 ổn định hệ thống đk tự động, k/n t/c ổn định: tiêu chuẩn Routh, tiêu chuẩn Horwits *ổn định hệ thông điều khiển tự động *Khái niệm ổn định : Động lực học hệ thống điều khiển tự động đợc thực qua trình: Quá trình độ trình xác lập Một hệ thống đợc gọi ổn định trình độ tắt dần theo thơì gian, hệ không ổn định trình độ tăng dần theo thời gian, hệ thống biên giới ổn định trình độ không đổi dao động không tắt dần 22 Công thức đặc trng cho trình độ Yqđ=Ci.eDi.t -Hệ ổn định : limYqd (t ) =0 -Hệ không ổn định: LimYqđ(t) a2.D2.Y(t)+a1.D.Y(t)+a0.Y(t)=U(t) Hay (a2.D +a1.D+a0.)Y(t)=U(t) Từ ta có a2.D2.+a1.D.+a0 =0 Là PT đặc trng Tổng quát: an.Dn.+an-1.Dn-1+ a1.D +a0 =0 Với Dn = dn/dtn = toán tử vi phân cấp n -Khi Di nghiệm thực gọi Di = i LimCi.eDi.t =LimCi.ei.t= i0 , Hệ không ổn định -Khi Di cặp nghiệm phớc liên hợp Di= i + J. tơng tự ta có hệ i nh Do đó: + Hệ thống ổn địnhnếu tất nghiệm pt đặc tính tổng quát có phần thực âm + Hệ thống không ổn định cần có nghiệm có phần thực dơng + Hệ thống biên giới ổn định cần có nghiệm có phần thực =0 nghiệm khác phần thực âm Khi tín hiệu điều khiển sóng hình sin tín hiệu sóng hình sin nhng lệch pha biên độ khác Trờng hợp lệch pha nhỏ đáp ứng ổn định, lệch pha > 1800 lệch biên độ vào biên độ tăng 23 đáng kể, dẩn đến ổn định,giới hạn lệch pha nằm miền ổn định khoảng 90 Vấn đề ổn định độ xác có quan hệ với Đáp ứng hệ điều khiển tự động trạng thái xác lập cần đợc khống chế pham vi dung sai cho phép, khoảng dung sai thể nh hình sau Đối với hệ điều khiển có phản hồi nguyên tắc đáp ứng xác hệ phản hồi phải ổn định, song thực tế cho thấy hệ phản hồi hoạt động nh dao động Tóm lại muốn xét ổn định hệ thống ta phải tìm nghiệm ptvp mô tả hệ Trong thực tế việc giải phơng trình vi phân kho khăn nên việc xét tính ổn định đợc thay cách tìm nghiệm Dycủa phơng trìn đặc tính tổng quát, nghiệm thực nghiệm phức liên hợp phong trình đặc tính ptđs nhng cha phải đơn giản tính toán từ ta phải tìm phơng pháp gián tiếp khác, đơn giản để đánh giá tính ổn định hệ thống, phong pháp gián tiếp đời tiêu chuẩn ổn định Hiện tiêu chuẩn ổn định đợc chia làm hai loại: Tiêu chuẩn đại số : tìm đièu kiện ràng bộc hên số phong trình đặc tính để hệ thống ổn định tiêu chuẩn Routh Hurwiz Tiêu chuẩn ổn định tần số : thông qua đặc tính tần số hệ thống để xét tính ổn định, gồm có tiêu chuẩn Mikhailov Nyqfuist *Tiêu chuẩn ổn định đại số Điều kiện ổn định cần thiết hệ thống tự động Trớc xét tiêu chuẩn ổn định ta cần tìm dấu hiệu thạt dể dàng đơn giản để phán đoán tính ỏnn đinj hệ thống Dờu hiệu điều kiện 24 - ổn định-đó hệ số phơng trình đặc tính phải dơng *Tiêu chuẩm Routh: Điều kiện cần đủ cho hệ thống tuyến tính ổn định tất cá số hạng cột thứ bảng Routh phải dơng Hệ thống không ổn định số hạng cột thứ không dấu đại số Trong cột có lần đổi dấu có nhiêu nghiệm có phần thực dơng Các tính chất bảng Routh điểm cần ý: Có thể nhân chia số hạng hàng bảng với số dơng mà kết tính không thay đổi Số lần đổi dấu số hạng cột thứ bảng Routh số nghiệm pt đặc tính có phần thực dơng Nếu cột có hệ số = hệ thống không ổn định Từ bảng Routh ta tính đợc giá trị tới hạn tam số biến đổi Tiêu chuẩn Routh áp dụng cho pt đặc tính cấp *Tiêu chuẩn ổn định Horwits: điều kiện cần đủ cho hệ thống tuyến tính ổn địnhlà hệ số a0 > định thức Horwits dơng Tiêu chuẩn Horwits dùng cho pt đặc tính bậc thấp , Tiêu cuẩn Routh dùng cho pt đặc tính bậc cao, hai tiêu chuẩn xét cho hệ kín hệ hở Câu 11: Hệ thống đo lờng dịch chuyển, so sánh ,bộ nội suy độ xác máy NC fụ thuộc vào nhiều hệ thống đo đại phận máy NC đạt đợc nguyên tắc liên hệ ngợc , đờng tác động kín Đờng dịch chuyển hẹ thống thu thập định lợng theo nguyên tắc thiết kế chia thành nhóm sau + theo hình thức chuyển động kiểu tịnh tiến kiểu quay + theo hình thức định lợng giá trị đo đo kiểu số kiểu tơng tự +theo nguyên tắc đo có kiểu đa số tuyệt đối (hv) ta xét nguyên tắc đo hệ thống đo điển hình : hệ thống đo kiểu tịnh tiếnvới thớc đo thẳng ta đạt độ 25 xác cao không cần trục dẫn trung gian bàn máy hệ thống đo vít me dẫn động không cần độ cx cao trình đo không fụ thuộc vào lực tác động trục dẫn 2>Hệ thống đo lờng dịch chuyển kiểu quay (hệ thống gián tiếp ) đoạn đờng dịch chuyển đợc đo thông qua số vòng quaycủa trục (hv) có cấu khí trung gian liên hệ , đo quay không xác nh đo tịnh tiến -hệ thống đo quay thờng rẻ kết cấu đo tịnh tiến nhiều đơn giản phổ biến sử dụng vít me bàn máy làm trục đo yêu cầu kỹ thuật cao chế tạo vít me , yêu cầu độ xác độ cứng vững cao -bỏ đợc hiệu ứng bớc nhảy trợt , độ mòn nhỏ , bỏ đợc khe hở vít me đai ốc dùng vít me đai ốc bi thoả mãn đợc yêu cầu 3) hệ thống đo lờng dịch chuyển kiểu gia số: thớc chia vạch đo : chiều dài đoạn dịch chuyển cần đo S đợc chia thành bớc tiến nhỏ , liên tục = s nhỏ xác đại lợng đo số số chẵn bớc tiến đơn vị -đơn giản đầu đĩa vít me lắp đĩa cấp xung tế bào quang điện đợc kích thích sản xuất xung điện ứng với bớc tiến s xung điện đợc cộng lại đếm điện tử Nhờ đếm đoạn dịch chuyển mà vị trí máy tức thời đợc sau tổng hợp đoạn đợc dịch chuyển (hv) Vị trí bàn máy đợc tìm qua tăng đoạn đờng kể từ vị trí trớc nên phơng pháp đợc gọi gia số tăng dần hay pp tơng đối cần bảo đảm : loại bỏ tuyệt đối lỗi kích từ , lỗi đếm bỏ đợc lần đếm xung nhiễu gây sai vị trí lần đầu sai vị trí Các hệ thống đo đợc dịch chuyển kiều gia số đợc ứng dụng đĩa chia vạch hệ thống đo kiểu quay - thớc chia vạch tịnh tiến kích thích tế bào quang điện (hv) thớc đo thủy tinh suốt kim loại dùng tia sáng phản quang (độ khắc vạch chia tinh 0.01 mm nhỏ ) 26 - Qúa trình đọc xảy lới chắn đọc nhiều vạch chia khác tới liên tục từ hạn chế đợc lỗi chia vạch cục xác định đợc chiều đến B > Bộ so sánh : nhiệm vụ so sánh thông tin đợc dịch chuyển đa từ chơng trình ( gt cần ) với đoạn dịch chuyển đo đợc máy ( gt thực ) mục đích nhằm xác định sai lệch cặp giá trị cần thực cấp cho hệ tín hiệu cần thiết để điều khiển cho độ chênh lệch gía trị cần giá trị thực tiến đến -cấu trúc so sánh đợc xác định : nguyen tắc đo đợc dịch chuyển ; dạng tín hiệu điều khiển cần thiết : ta có a so sánh đa tín hiệu điều ển giá trị cần giá trị thực đồng ( tín hiệu đồng ) b.bộ so sánh đa tín hiệu điều khiển lien tục chừng gía trị cần giá trị thực cha đồng (tín hiệu sai khác hay tín hiệu chênh lệch ) Bộ so sánh loại a xây dựng mạch ngắt tín hiệu đồng tính liên tục ứng dụng điều khiển điểm , đờng Bộ so sánh có tín hiệu chênh lệch liên tục thiết lập hệ đk phi tuyến Một vài so sánh đợc phân chia theo hệ thống đo đờng dịch chuyển + so sánh số- gia số : bớc tiến nhỏ chia fát xung tổng số xung phản ánh đoạn đờng dịch chuyển , Xung gia trị thực đợc đem đếm đếm đồng thời đợc so sánh với số lợng xung giá trị cần đợc chọn trớc vài khả chọn trớc đợc ứng dụng : +bộ đếm đợc điều khiển đến giá trị cần : vd giá trị cần 312 đếm đợc chỉnh tới gía trị sau khởi động chuyển động cần ( thờng chuyển động chạy dao ) xung đầu vào đợc đếm lùi từ 312 trở mức tín hiệu ngắt mạch theo nguyên tắc tín hiệu đồng nhờ mạch ngắt đồng +bộ đếm đợc điều chỉnh trớc đến fần bù giá trị cần đếm đợc điều chỉnh đến 667 fần bù 312 xung đếm đầu đọc đợc cộng vào kể từ 667 theo cách 27 đếm tiến đạt 999 fát tín hiệu ngắt mạch nhờ mạch ngắt đồng + đếm đợc điều chỉnh trớc tới fần bù 10 giá trị cần tơng tự nh số chỉnh 688 ngắt làm việc 1000 so sánh dùng cho điều chỉnh fi tuyến (hv) Trong mạch điều khiển vị trí phi tuyến gía trị cần tồn dạng xung liên tục đợc đa từ nộ suy đợc đa từ nội suy làm việc theo nguyên tắc số , giá trị thực hệ thống đợc đo dạng xung liên tục , so sánh fải đa liên tục fần sai khác cặp gía trị cần thực đếm xung chênh lệch đánh gía đợc xung cần xung thực tới với yeu cầu dấu fụ thuộc vào chiều chuyển động xung cần w đợc cấp tuỳ chiều chuyển động mong muốn nội suy đa đờng cách biệt xung giá trị thực x đợc thu nhận từ hệ thống đo phụ thuộc vào chiều chuyển động chia hai đờng dẫn xung tiến lùi có xung cần tiến cung cấp cho đếm vi fân tác động đén đk theo chiều tiến thông qua biến đổi DA hệ thống phát xung thực tiến nhng qua mạch lô gíc xung đợc xuất đờng dẫn lùi R đếm chênh lệch đợc đếm lùi lại , mức đếm tiến đến chuyển động đến điểm dừng C) so sánh tơng tự nguyên tắc : fơng fáp làm việc kiểu tơng tự thòng sản sinh hiệu điện tỷ lệ với quãng đờng hiệu điện đợc so sánh với điện áp đặt trớc đóng vai trò hiệu cần trớc thực giá trị đo thực tơng tự giá trị cần dạng số phải đợc biến đổi thành giá trị cần dạng tơng tự nhờ biến đổi số tơng tự D/A u điểm : so với so sánh số so sánh tiêu hao linh kiện mà đa tín hiệu liên tục để vận hành mạch điều khiển mạch so sánh tơng tự đơn giản dựa so sánh điện trở = mạch cầu D) Bộ nội suy Kn : máy công cụ điều khiển theo chơng trình số đờng tác dụng dao cụ chi tiết đợc hình thành nhờ di chuyển toạđộ nhiều trục A điểm đầu ( xuất fát ) ; B điểm cuối ( điểm đích ) ; u tốc độ dịch chuuyển (hv) 28 Vx , Vy tốc độ dịch chuyển theo toạ độ x, y Trong công thức ta có toạ độ điểm đầu A B tốc độ gia công đợc xác định điều kiện công nghệ qui luật chuyển động yêu cầu ( cđ tuyến tính cong ) đa vào công thức -từ liệu đk xác định : +các véc tơ tốc độ , trình tự giá trị toạ độ , vị trí trung gian có mật độ đầy đủ dọc theo biên dạng cần +giá trị toạ độ vị trí trung gian đợc tìm cụm chức điều khiển số mà ta gọi nộ suy có nhiệm vụ sau -tìm vị trí điểm trugn gian cho fép hình thành biên dạng cho trớc giới hạn dung sai xác định trớc -có thể nội suy cách thích hợp với yếu tố biên dạng đòi hỏi thông qua yếu tố biên dạng có chi tiết kỹ thuật đoạn thẳng đờng cong tơng ứng với thực tế nội suy điều khiển số thờng giới hạn nội suý tuyến tính nội suy vòng -tốc độ đa toạ độ vị trí trung gian phải đảm bảo fù hợp với tốc độ chạy dao cho trớc -đi tới cách xác điểm đa trớc chế tạo để thực đợc nhiệm vụ nội suy làm việc với nguyên tắc số đợc thể bằng:các mạch logic nối cứng (LC) , fần mềm NC đợc lập trình (CNC) -nội suy đợc thực mức máy CNC đại : fần mềm nội suy xác định toạ độ điểm trung gian điểm đầu điểm cuối đoạn biên dạng đợc đa trớc trogn chơng trình ( nội suy thô ) -một nút nội suy tinh xác thực nội suy tuyến tính điểm trung gian (hv) -giá trị đầu vào PI , PII, PIII NộI suy thô sau có điểm trung gian PI0 , PI1 , PI2,PII0,PII1 SAU nội suy tinh Xi, Yi -các dạng nội suy theo biến dạng gia công nội suy sinh điểm đầu điểm cuối , đợc xác định chuyển động ta có : nội suy thẳng ( nội suy tuyến tính ); nội suy vòng (nội suy fi tuyến ) 29 Phơng fáp nội suy : phơng pháp nội suy thông dụng pp tích vi fân số pp thực nội suy số tính theo gia số tốc độ a) nội suy thẳng (hv) A điểm xuất fát ; B điểm đích ; L chiều dài ; u tốc độ chuyển động hình thành ; Vx , Vy tốc độ trục XvầY Nếu dao chuyển động từ A đến B theo đờng thẳng với tốc độ u đoạn đờng thành fần XB XA , YB-YA đợc thực theo thời gian t= L/u giá trị cần vị trí điểm trung gian cần đợc tính theo hàm số theo thời gian X(t)=XA + V x dt XB XA dt T Yt =YA+ V y dt =XA+ = YA+ YB Y A dt T chia thời gian T thành khoảng t = T/N đủ nhỏ phép tích fân cho phép thay đổi số X(t)= X(n, t)= Xa +(XB-XA)n/N n=1,2,2 Yt = Y(n, t) = YA +(YB-YA)*n/N Với bớc cộng , giá trị vị trí lại tăng thêm bớc số để đảm bảo độ xác biên dạng nội suy từ bớc cộng buộc phải nhỏ suất đơn vị s chuyển động chạy dao Max YB Y A fx,y N Hoặc max XA XB fx,y N Trong máy công cụ đk số f = 0,001 Vd nội suy tuyến tính chi tiết tiện (hv) 30 Các giá trị nội suy cho chuyển động tuyến tính P A đến PE Suất đơn vị cho chuyển động chạy dao trục f = 0,001 mm U=120 mm/ph Toạ độ gốc biên dạng tính gốc O PA : XPA=10; ZPA=80 PE: YPE =30 ; ZPE = 50 Chiều dài biên dạng cần nội suy L= = ( X PE X PA ) + ( Z PE Z PA ) (30 10) + (50 80) =36.065 mm T= L/u=36,056*60/120=18.028 s Max X PE X PA N Max Z PE Z PA 10àm N Nmin=30/0.001 =30 000 N đợc làm tròn đến mũ 10 N=100000 t=T/N=18.028/105 = 0.18 ms tần số nội suy f=1/t=5.556 giá trị toạ độ điểm PN X PE X PA N i =1 n Z Z PA Zn= Zpa + PE N i =1 n Xn = X pa+ Với n N Câu12 hệ thống máy tự động linh hoạt đk theo chơng trình số , fân tích khác , u nhợc điểm máy với nguyên tắc tổ chức dòng chi tiết khác Vấn đề để nâng cao suất ngành khí tập trung vào tự động hoá nhà máy loại lớn nhằm mục đích tận dụng máy tốt , hạ giá thành sản phẩm thu hồi vốn nhanh -các máy tự động có chơng trình cứng ; đầu gia công nhiều trục ; đồ gá cho giao cụ đặc biệt 31 không thích hợp với phơng thức sản xuất nhỏ hay thay đổi phơng thức sản xuất nhỏ đòi hỏi tính linh hoạt cao chiếm75-80% khối lợng công việc bỏ qua sản xuất nhỏ tức bỏ qua sản xuất lớn -sự fát triển kỹ thuật đk theo chơng trình số cho phép tự động chia toàn trrình sản xuất loạt vừa nhỏ nhờ tính linh hoạt cao -trong dây truyền sản xuất ta thấy có dòng vận động + dòng vận động vật chất : fôi dao đồ gá , dầu bôi trơn , làm lạnh + dòng vận chuyển lợng : dòng vận động gồm nhiều giai đoạn có nét riêng biệt trung tâm gia công đk theo chơng trình số : nơi gia công toàn chi tiết với giá trị công nghệ # lần gá kẹp , suất cao xác trung tâm gia công có tính chất sau -thực biện pháp công nghệ # -bàn kẹp chi tiết có khả quay lật để gia công nhiều mặt chi tiết -thực tự động việc đổi dao , đổi chi tiết để giảm bớt thời gian giao vụ -có trục để đảm bảo thời gian gia công thô tinh hệ thống máy tự động đk theo chơng trình số thực chất tập hợp nhiều máy NC trung tâm gia công NC đợc liên kết với thông qua dòng lu thông chi tiết lu thông dao cụ Đợc điều khiển máy tính điện tử hệ thống máy tự động linh hoạt đảm đơng nhiệm vụ gia công # chi tiết # cách liên tục mà hoàn toàn không cần thay đổi kết cấu máy đồ gá tổ chức dòng lu thông chi tiết cấu trúc hệ thống tự động linh hoạt chịu ảnh hởng trực tiếp cách tổ chức lu thông chi tiết cần ý mặt sau tổ chức dòng lu thông chi tiết -có đờng vận chuyển ngắn -góp fần làm máy hoạt động tới mức tối đa -có khả năn g thông thoát chi tiết ngắn -có khả fục vụ nhiều máy nhờ thiết bị nâng chuyển -có thể phân hệ thống tự động linh hoạt theo tỏ chức dòng chi tiết hệ thống máy với nguyên tắc ghép nối thay 32 đặc tính hệ thống trung tâm gia công đợc ghép nối với ổ tích luỹ trung tâm cách không sông song fụ thuộc vào có mối quan hệ trao đổi phôi thành phẩm ổ tích luỹ trung tâm trạm công nghệ riêng lẻ u điểm : đòi hỏi mặt tổ chức đơn giản đối hệ thống đk cấu vạn chuyển trao đổi phôi liệu dễ dàng fục vụ nhiều máy -các trạm gia công đợc hoạt động nhiều thời gian nhợc điểm tính kỹ thuật trạm gia công không đợc sử dụng triệt để 2/ hệ thống máy với nguyên tắc ghép nối bổ xung giống hệ thống máy với nguyên tắc ghep nối thay (hv) có mối lu thông fôi bán thành fẩm trạm -trình tự công nghệ qua trạm đợc xác định trớc chơng trình -chi tiết đợc gia công hoàn thiện đờng lu thông trung tâm gia công bổ xung khả kỹ thuật cho để hoàn thiện chi tiết +hệ thống đk dòng lu thông phức tạp độ fức tạp fụ thuộc vào số máy nh phức tạp trình công nghệ +khả phục vụ nhiều máy cấu vận chuyển trao đổi fôi liệu mà bị hạn chế +để tránh dồn ứ cần fân chia nhiệm vụ gia công máy fải đạt chu kỳ thời gian xấp xỉ +với cách nối ghép hệ thống linh hoạt khả công nghệ đợc khai thác triệt để 33 34 ... định hệ thống đk tự động, k/n t/c ổn định: tiêu chuẩn Routh, tiêu chuẩn Horwits *ổn định hệ thông điều khiển tự động *Khái niệm ổn định : Động lực học hệ thống điều khiển tự động đợc thực qua... thích nghi: hệ thống tự chỉnh có khả thích ứng cách tự động với thay đổi tác động từ bên ( đk môi trờng, đối tợng điều khiển) Hệ có khả thay đổi tham số cấu tạo cách tự động để thích nghi với... chuẩn Mỹ ASCCII Câu 3: Các khái niệm phần tử hệ thống điều kiển tự động 1) Khái niệm hệ thống điều khiển tự động Điều khiển tự động: có vai trò quan trọng việc phát triển tiến khoa học kỹ thuật: