a.Khối H2111:
*/Tầng đầu gồm hai bộ nắn điện khuyếch đại nhạy pha
R16 R17 R15 R14 R11 R16 HELM G D S G D S Tr 1 Tr 2 C R5 R4 R1 R3 R2 C15 C16 4S1 4S2 µ µ AU E AV UG (Tr1) UG (Tr2) U?A U?A Ur Ur Ur
H5.1. Sơ đồ nguyên lý mạc khuếch đại nắn điện nhạy pha và dạng tín hiệu vào ra
- Mục đích để biến đơỉ tín hiệu điều khiển và tín hiệu phản hồi từ dạng hình sin thành tín hiệu một chiều có dấu thay đổi theo pha của tín hiệu vào .
- Cặp tranzitor Tr1- Tr2 dùng để biến đổi tín hiệu phản hồi lấy từ sensin. - Cặp tranzitor Tr3- Tr4 để biến đổi tín hiệu điều khiển lấy từ sensin A + Xét nguyên lý hoạt động cho nhóm Tr1- Tr2 :
- Giả sử khi bánh lái quay phải, tín hiệu xoay chiều nhận được từ sensin phản hồi góc lái µ đồng pha với AU- E .
+ Ở nửa chu kỳ đầu, Tr1 được phân cực thuận ( VD1> VS1 ) đồng thời VG1 >VS1 nên Tr1 dẫn. Có dịng đi từ 4S1-R1- D - S - HELM - R5- R4- R2- 4S2.Tr2 cũng được phân cực
thuận (VD2> VS2 ) nhưng VG2<VS2 nên Tr2 bị khoá .
+ Ở nửa chu kỳ sau, Tr1 bị khoá do bị phân cực ngược và Tr2 tiếp tục bị khoá . - Vậy tín hiệu xoay chiều nhận được từ sensin được nắn 1/2 chu kỳ qua Tr1. - Khi bánh lái quay theo chiều ngược lại, tín hiệu nhận được từ đảo pha 1800 so với trường hợp trước. Khi đó tín hiệu này đồng pha vời nguồn AV-E .
+ Ở nửa chu kỳ đầu của điện áp tín hiệu, Tr1 bị khoá do bị phân cực ngược (VD1< VS ) Tr2 bị khoá do bị phân cực ngược và VG1 < 0.
+ Ở nửa chu kỳ sau,Tr1 tiếp tục bị khoá VG1 < VS1 ( mặc dù VD1> VS1 ). Tr2 dẫn do được phân cực thuận và VG2 > VS2, khi đó có tín hiệu ra .
- Trở lại nửa chu kỳ đầu, cả Tr1 và Tr2 đều bị khoá .
Tóm lại : Nhờ bộ khuyếch đại nhạy pha ta đã nhận được tín hiệu ra có độ lớn và dấu phụ thuộc vào độ lớn và pha của tín hiệu vào.
+ Nhóm Tr3- Tr4 cũng hoạt động tương tự như vậy.
Tổng hợp các tín hiệu ở cửa ra của hai tầng khuyếch đại nhạy pha ta được tín hiệu điều khiển tổng : y = K1+ K2d/dt – K4- K5d/dt */ Tầng khuyếch đại tổng WEATHER helm r42 r36 r37 r5 C1 r44 C13 r46 rV2 TR5 TR6 Ur +UN -UN GAIN K1+K2 K3 K4 m301a
H5.2.Tầng khuyếch đại tổng sử dụng vi mạch LM301A. Với cách mắc này ta có : UR = UT ( 1- ZPh/Z1 )
Dấu của điện áp tín hiệu điều khiển tổng UR phụ thuộc vào dấu của y.
Tín hiệu này được đưa tới cực gốc của tầng khuyếch đại đẩy kéo gồm Tr5 vàTr6 .
Nếu UR > 0 thì bóng Tr5 dẫn. Có tín hiệu mang giá trị dương được lấy qua triết áp RV2 (gain ) để đưa tới bộ khuyếch đại vi sai ở khối H2136.
Nếu UR < 0, bóng Tr6 dẫn, khi đó có tín hiệu mang giá trị âm được lấy qua giá trị RV2 để đưa tới khối H2136.
b. Khối H2136 ( phía trên )
*/Tầng đầu của khối khuyếch đại H2136 là một bộ khuyếch đại vi sai :
Gồm 2 tranzitor Tr12 và Tr13. Tín hiệu điều khiển được lấy vào chân 13 của khối đưa tới cực gốc của Tr12 ( cửa thứ nhất của bộ khuyếch đại vi sai ). Cửa thứ hai được lấy từ nguồn 0V có ổn áp đưa tới cực gốc của Tr13. Bằng cách điều chỉnh VR4 ( chỉnh 0 ) tạo phân cực ban đầu để Tr12 và Tr13 có độ dẫn như nhau ( Điều chỉnh VR4 – DEAD BAND ta có thể thay đổi được độ dẫn của Tr8 làm thay đổi thế âm trên VR4 để thay đổi được độ mở của Tr12 và Tr13).
*/ Bộ tạo xung :
Bộ tạo xung có nhiệm vụ phát xung điều khiển các thyristor SCR1, SCR2 , SCR3 và SCR4 của khối H2140A..
Bộ tạo xung gồm các phần tử sau :
Tr11 và Tr14 : Được phân cực để có độ mở ban đầu như nhau làm cho dòng nạp cho các tụ C19 ,C20 ở trạng thái ban đầu là bằng nhau, ở chế độ chưa điều khiển, điện áp nạp cho hai tụ C19 và C20 chưa đạt đến điện áp ngưỡng làm thông các tranzitor trường Tr10 và Tr15 . Tr9 và Tr16 : Là các tranzitor cơng suất có tín hiệu điều khiển đưa đến cực gốc dưới dạng xung.
T1 và T2 : Các biến áp xung T1 phát xung điều khiển các thyritor SCR3 và SCR4, T2 phát xung điều khiển các thyritor SCR1 và SCR2 .
*/ Nguyên lý hoạt động của khối H2136 :
- Khi chưa có tín hiệu điều khiển đưa tới chân 13 của khối H2136 :
Nguồn đồng bộ ( 0- 80V ) được đưa tới các chân 1,12 và 2 của khối H2136. Tr5 phân cực thuận và UG > 0 nên Tr5 dẫn. Một thế dương bằng sụt áp trên R23 được đưa tới cực gốc của Tr11 và Tr14 làm các tranzitor có độ dẫn như nhau ( khơng thơng hồn tồn ). Tụ C19 và C20 được nạp với điện áp ban đầu bằng điện áp rơi trên E- C của Tr11 và Tr14. Điện áp này chưa đạt đến điện áp ngưỡng làm Tr10 và Tr15 dẫn nên Tr9 và Tr16 cịn khố do đó chưa có dịng qua sơ cấp của biến áp T1 và Tr2 nên chưa có xung điều khiển đưa tới các thyritor do đó motor SECVO khơng được cấp nguồn và như vậy bơm thuỷ lực khơng có lưu lượng ra (do tâm bơm cịn nằm ở chính giữa) vì vậy bánh lái khơng quay.
- Giả sử có tín hiệu điều khiển có giá trị dương được đưa tới cực gốc của Tr12 do đó Tr12 dẫn nhiều hơn nên thế tại A ( VR4 ) bớt âm làm Tr13 khoá bớt.
Do Tr12 dẫn thêm nên áp đặt lên tụ C19 giảm Tr10 tiếp tục khoá.
Do Tr13 khoá bớt nên tụ C20 được nạp với điện thế cao hơn do đó nó đạt đến giá trị đủ để Tr15 dẫn nên có dịng qua sơ cấp T2 nên có xung điều khiển đưa tới SCR1 và SCR2 làm các
thyritor này dẫn đưa nguồn tới servo motor SECVO, motor này làm lệch tâm bơm nên có lưu lượng chất lỏng công tác đưa tới động cơ thuỷ lực làm quay bánh lái .
- Nếu tín hiệu điều khiển đưa tới cực gốc của Tr12 có giá trị âm thì Tr12 sẽ bớt khoá .Thế âm tại A làm tranzitor Tr13 thông thêm .
Tr13 dẫn thêm nên điện áp nạp cho tụ C20 giảm nên Tr15 vẫn khoá .
Tr12 khoá bớt nên điện áp nạp cho C19 tăng lên và đạt đến giá trị đủ lớn để Tr10 dẫn do đó có xung điện áp dương đưa tới Tr9 làm Tr9 dẫn ( Dẫn và khoá theo nhịp xung phát của tranzitor trường Tr10 ) nên có dịng qua thứ cấp của biến áp T1 vì vậy có xung tới điều khiển các thyritor SCR3 và SCR4 nên cấp nguồn cho động cơ SECVO ( Động cơ SECVO quay với chiều ngược lại với trường hợp trên ).
c. Khối H2140A
Khối này gồm 2 cụm thyritor làm nhiệm vụ đóng ngắt mạch cấp nguồn cho động cơ SECVO.
SCR1 và SCR2 mở nên nguồn AC 100V được đưa tới động cơ SECVO để động cơ quay theo một chiều náo đó .
SCR3 và SCR4 mở nên nguồn AC 100V được đưa tới động cơ SECVO làm động cơ quay theo chiều ngược lại .
Chú ý : Khi có xuất hiện tín hiệu điều khiển ở cửa 13 của khối H2136, biến áp T1 và T2 sẽ phát một chuỗi xung liên tục có chu kỳ bằng thời gian nạp của tụ C19 hoặc C20. Chuối xung này sẽ mất đi khi hết tín hiệu điều khiển tới cửa 13. Các thyritor SCR1, SCR2 hoặc SCR3, SCR4 sẽ được mở thông khi chúng được phân cực thuận và có xung điều khiển đưa tới cực điều khiển .
d. Khối H2136 ( phía dưới )
Khối này dùng cho chế độ lái lặp và lái từ xa .
Khối H2136 này có cấu tạo hồn tồn giống với khối H2136 ( phía trên ) dùng cho chế độ lái tự động .
Ở chế độ lái lặp, tín hiệu điều khiển là một điện áp xoay chiều ( nhận được từ cuộn một pha của sensin H : UH = UN sin() được đưa tới chân 15 và chân 16 của khối H2136 . Bộ khuyếch đại nhạy pha gồm các tranzitor một tiếp giáp Tr1 và Tr2 sẽ biến đổi tín hiệu điều khiển thành tín hiệu một chiều có cực tính thay đổi phụ thuộc vào góc ban đầu của điện áp tín hiệu. Như vậy , tuỳ thuộc vào việc thực hiện lệch quay lái sang phải hoặc sang trái mà ở đầu ra của bộ khuyếch đại nhạy pha ( lấy trên VR1 ) sẽ có tín hiệu điều khiển có giá trị dương hoặc âm. Tín hiệu này được đưa từ cửa 14 sang cửa 13 để điều khiển Tr12. Hoạt động của tầng khuyếch đại vi sai và bộ tạo xung của khối này giống như đã trình bày ở trên.
1.2. Các chế độ hoạt động của hệ thống.
1.2.1.Chuẩn bị cho hệ thống làm việc
Bật công tắc SWA về vị trí ON cấp nguồn cho hệ thống. Khi đó, các tiếp điểm A1, A3, A9 , A11 đóng, đèn GL1 sáng báo hệ thống đã được cấp nguồn và rơle RY7 có điện .
1.2. Các chế độ hoạt động của hệ thống.
1.2.1.Chuẩn bị cho hệ thống làm việc
Bật công tắc SWA về vị trí ON cấp nguồn cho hệ thống. Khi đó, các tiếp điểm A1, A3 , A9, A11 đóng, đèn GL1 sáng báo hệ thống đã được cấp nguồn và rơle RY7 có điện .
1.2.2. Chế độ lái đơn giản
Chuyển cơng tắc SWA về vị trí NON FOLLOW UP, các tiếp điểm A13 đóng sẵn sàng cấp nguồn cho động cơ SECVO .
Giả sử, tàu lệch về phía trái so với hướng đi cho trước, ta thực hiện lệch bẻ lái phải . Chuyển công tắc SWY về vị trí STARBD, tiếp điểm Y1 đóng, động cơ SECVO SMI có điện điều khiển dịch tâm bơm biến lượng cấp dầu vào động cơ thuỷ lực làm quay bánh lái sang trái .
1.2.3. Chế độ lái lặp
- Chuyển cơng tắc SWB về vị trí HAND, các tiếp điểm B3 và B11, B15 đóng suốt trong các q trình lái lặp và lái lặp từ xa. Tiếp điểm B3 đóng cấp điện cho rơle RY2, đèn WL1 có điện chiếu sáng cho mặt chia độ của la bàn .
- Khi quay vô lăng lái đi một góc nào đó, sensin H quay theo và nó phát ra một tín
hiệu điện áp xoay chiều tỉ lệ với góc quay. Thơng qua các chân HR1, HR2 điện áp này được đưa tới các cửa 15, 16 của khối H2136 ( phía duới ) để thực hiện chỉnh lưu nhạy pha, sau đó qua khuyếch đại đến khâu tạo xung. Biến áp xung sẽ tạo xung điều khiển các thyritor tác động tới động cơ SECVO làm dịch tâm bơm biến lượng đưa dầu vào động cơ thuỷ lực làm quay bánh lái.
- Khi bánh lái quay, rơto của sensin µ quay theo và phát ra tín hiệu phản hồi góc bẻ lái, cho tới khi tín hiệu này sẽ cân bằng với tín hiệu góc bẻ vơ lăng lái của sensin H thì bánh lái
sẽ dừng lại ở vị trí đó.
- Hàm điều khiển của hệ thống : y = K1β K4
- Khi báng lái dừng lại, tàu đã ổn định hướng đi, y = 0 .
1.2.4. Chế độ lái lặp từ xa
Chế độ lái lặp từ xa thực chất là lái lặp nhưng được điều khiển từ xa .
Khi chuyển sang chế độ này, công tắc SWB đựơc chuyển về vị trí REMOTE. Khi đó, B5 - B11 - B15 đóng. Tiếp điểm B5 đóng cấp điện cho rơle RY3.
1.2.5. Chế độ lái tự động
- Bật công tắc SWB vể vị trí AUTO. Các tiếp điểm B1 – B9 - B13 đóng, tiếp điểm B1 đóng cấp nguồn cho sensin A chuẩn bị cho hệ thống hoạt động, B9 và B13 đóng chờ sẵn . - Điện áp ra của sensin A được đưa đến 1S1 và 1S2 của khối H2111, sau đó đưa tới mạch chỉnh lưu nhạy pha Tr3 và Tr4. Khi tàu lệch sang phải hướng đi cho trứơc, tín hiệu ra URA > 0. Khi tàu lệch sang trái URA < 0. Tín hiệu này từ sensin A qua R18÷R29 tạo tín hiệu tỉ lệ K1 qua tụ CX12 tạo tín hiệu vi phân độ lệch hướng đi K2d/dt và qua tụ C13 tạo tín hiệu tích phân độ lệch hướng đi K1dt. Các tín hiệu này được đưa tới mạch khuyếch đại LM301A . Tín hiệu ra của H2111 đựơc đưa tới chân 13 của khối H2136 tạo xung điều khiển các thyritor. Động cơ servo quay làm dịch tâm bơm biến lượng, chất lỏng công tác được đưa tới động cơ thuỷ lực làm quay bánh lái.
- Khi bánh lái quay, tín hiệu phản hồi từ sensin được đưa tới cửa 4S1 và 4S2 của
H2111. Tín hiệu ra của sensin có pha ngược pha với tín hiệu độ lệch hướng đi. Sau khi qua bộ nắn điện khuyếch đại nhạy pha tín hiệu này qua các điện trở. R30 ÷ R35 tạo thành tín hiệu K4 và qua tụ C1 - điện trở R5 tạo tín hiệu phản hồi vi phân góc bẻ lái K5 và đưa vào cửa thuận của LM301A..
Thuật toán điều khiển ở chế độ lái tự động :
y = K1+ K2d/dt + K3dt – K4 - K5d/dt
- Giả sử tàu lệch sang phải một góc làm cho URA> 0 ( y > 0 ), động cơ thuỷ lực sẽ
điều khiển để bánh lái quay trái một góc sao cho y = 0 thì dừng lại.
Khi bánh lái được bẻ sang trái, tàu dần trở về hướng đi cũ, tín hiệu giảm dần làm y < 0 , bánh lái được quay trở lại mặt phẳng đối xứng của tàu .
- Do con tàu có qn tính lớn nên khi mũi tàu đã trở về hướng đi cũ ( =0) nó khơng dừng lại ở đó mà tiếp tục lệch sang trái một góc Khi đó, tín hiệu nhận được từ sensin A đảo pha 1800. Tín hiệu điều khiển đổi dấu, bánh lái được quay sang phải để dần để đưa mũi tàu trở về hướng đi đặt trước. Khi mũi tàu dần trở về hướng đặt, tín hiệu điều khiển đổi dấu, bánh lái lại được điều khiển quay sang trái để dần trở về mặt phẳng đối xứng. Khi mũi tàu trở về hướng đặt, tín hiệu điều khiển đổi dấu, bánh lái laị điều khiển quay sang trái để dần trở về mặt phẳng đối xứng. Khi mũi tàu trở về hướng đi đặt trước, bánh lái cũng được quay về mặt phẳng đối xứng của tàu. Do quán tính mũi tàu lại lệch sang trái .
Sau một vài chu kỳ dao động con tàu sẽ trở về hướng đi đặt trước với sai số cho phép. Bánh lái nằm ở mặt phẳng đối xứng của tàu.
1.3.Đánh giá hệ thống lái HOKUSHIN.
Ưu điểm :
- Đây là hệ thống lái điện thuỷ lực, hệ thống đảm bảo mọi chức năng và yêu cầu của một hệ thống lái.
- Hệ thống có cấu tạo đơn giản nhưng chắc chắn, với việc sử dụng các sensin trong việc tạo lặp nên độ tin cậy của hệ thống rất cao.
- Hệ thống được chế tạo thành từng khối riêng biệt: H2111, H2136, H2140A, nên việc xử lý hỏng hóc hay thay thế cũng dễ dàng hơn.
- Vì hệ thống sử dụng điện kết hợp với thuỷ lực nên độ tin cậy cao hơn so với hệ thống lái điện cơ đơn thuần.
Nhược điểm :
- Phải đảm bảo chất lượng của dầu thuỷ lực, phải đúng chủng loại.
- Do hệ thống tạo lặp bằng sensin nên độ chính xác khơng được cao so với việc tạo lặp bằng cầu điện trở.
§2.HỆ THỐNG LÁI ARKASS 2.1. Giới thiệu chung về hệ thống lái ARKASS 2.1. Giới thiệu chung về hệ thống lái ARKASS
Đây là một hệ thống lái điện thuỷ lực. Hệ thống đáp ứng được mọi yêu cầu của một hệ thống lái.
Hệ thống lái ARKASS cho phép thực hiện các chế độ lái sau: Lái đơn giản ( non follow up )
Lái lặp ( follow up ) Lái tự động ( auto )
Hệ thống cũng bao gồm có 2 phần: Phần thuỷ lực và phần điều khiển bằng điện.
- Phần thuỷ lực: gồm bơm lưu lượng không đổi. Sử dụng xylanh lực lắc được, hệ thống