Tải bản đầy đủ (.doc) (20 trang)

Đề cương cơ điện tử 2014

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (322.96 KB, 20 trang )

Đề cương cơ điện tử 2014
Câu 1:
Phân tích rõ vị trí, vai trò của khối cơ cấu chấp hành trong hệ thống cơ điện tử,
khối cơ cấu chấp hành gồm những bộ phận nào, trình bày vai trò và đặc điểm của
từng bộ phận?
*) Vị trí:phía sau phần điều khiển và phía trước phần công tác.
*) Vai trò: Nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển và tạo nguồn chuyển động
cho phần công tác thông qua việc truyền công suất.
*) Cấu trúc cơ bản gồm 2 phần là bộ phận dẫn động và bộ phận truyền động.
Bộ phận dẫn động gồm các loại động cơ để tạo ra nguồn chuyển động ( động cơ
điện, đc thủy lực khí nén,…). Bộ phận truyền động để truyền và biến đổi chuyển
động.
Câu 2:
Phân tích ưu, nhược điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực?
* Ưu điểm: truyền động được công suất cao và lực lớn(nhờ các cơ cấu tương đối
đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng).
- điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp (dễ thực hiện tự động hóa
theo điều kiện làm việc hay chương trình có sẵn).
- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc vào nhau.
- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước giờ chọn áp suất thủy lực
cao.Nhờ quán tính nhở của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của
dầu có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sự bị va đập mạnh (như trong cơ
khí và điện).
1
- dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ
cấu chấp hành.
- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn. Dễ quan sát và theo dõi bằng áp kế kể
cả các hệ phức tạp, nhiều mạch.
- Tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp bằng cách dùng các phần tử
tiêu chuẩn hóa.
*Nhược điểm:


- mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử làm giảm hiệu
suất và phạm vi hoạt động của các phần tử.
- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của
chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn.
- khi mới khởi động nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định vận tốc làm việc thay
đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi.
Câu 3:Trình bày cấu trúc cơ bản của 1 hệ thống cơ điện tử ở dạng sơ đồ khối giải
thích ý nghĩa của từng khối( nêu rõ sự ht các nguồn tín hiệu trong sơ đồ và diễn
giải quá trình hoạt động của chúng(truyền đi và được xử lí như thế nào) ?
*Sơ đồ khối của hệ thống cơ điện tử:
*Phần công tác: là phần trực tiếp tạo ra các thao tác công nghệ .
*Cơ cấu chấp hành: gồm 2 phần là dẫn động và truyền động. Dẫn động là các loại
động cơ tạo ra nguồn chuyển động (động cơ điện, động cơ thủy lực khí nén…).
Truyền động là truyền và biến đổi chuyển động.
*Mô hình hóa: khảo sát trưc tiếp cấu trúc phần công tác, xác định quan hệ động
học, động lực học giữa lực (momen) dẫn động với chuyển động của các khâu trung
gian làm dữ liệu đầu vào phục vụ quá trình điều khiển.
*Bộ điều khiển: lưu trữ chương trình điều khiển, thu thập tín hiệu phản hồi của hệ
thống đo để tính toán hiệu chỉnh và phát tín hiệu vận hành hệ thống, bộ điều khiển
tác động lên CCCH để điều khiển phần công tác.
2
*) Hệ thống đo: liên kết bộ điều khiển và TTCN thông qua việc giám sát các
TTCN từ môi trường công tác, giám sát các thông số trạng thái của hệ thống.
Sự hình thành các nguồn tín hiệu trong sơ đồ: từ ý tưởng mục đích thiết kế để
làm gì ta đi thiết kế cấu trúc phần công tác. Mô hình hóa thiết kế bằng bản vẽ, mô
hình toán( xác định thông số động học và động lực học). Lưu trữ chương trình qua
các thông số trong bộ điều khiển. Bộ điều khiển phát tín hiệu cho cơ cấu chấp hành
hoạt động theo các thông số đã được lưu trữ. Cơ cấu chấp hành cung cấp năng
lượng cho phần công tác hoạt động. Hệ thống đo gồm các sen sơ thu thập tín hiệu
từ môi trường kiểm soát vị trí, vận tốc, gia tốc và lực của phần công tác. Bên cạnh

đó còn xác định các thông số, đại lượng tác động ảnh hưởng từ môi trường bên
ngoài và phản hồi trở lại bộ điều khiển. Tín hiệu để tương thích của bộ điều khiển
cần các yêu cầu:biến đổi AD từ tín hiệu tương tự sang số(analog  digital).
Khuếch đại đủ lớn để bộ điều khiển nhận dạng.Lọc để lọc tín hiệu nhiễu.truyền dẫn
ghép nối với sóng cao tần có năng lượng lớn sau đó tách tín hiệu(điều chế-tách
sóng) trường hợp cần truyền dẫn không dây(trung tâm điều khiển xa phần công
tác). Bộ điều khiển tiếp nhận từ hệ thống đo, so sánh tín hiệu ở hệ thống cũ sai lệch
sang tính toán hiệu chỉnh.
Câu 4: Phân tích vị trí vai trò của hệ thống đo trong các hệ thống cơ điện tử ,để
thông tin phản hồi tương thích với bộ điều khiển thì hệ thống đo phải đảm bảo các
quá trình biến đổi tín hiệu như thế nào? Trình bày lí do phải có các quá trình đó?
*Vị trí của hệ thống đo: ở giữa khối thao tác công nghệ và bộ điều khiển.
*Vai trò: Hệ thống đo: liên kết bộ điều khiển và TTCN thông qua việc giám sát
các TTCN từ môi trường công tác, giám sát các thông số trạng thái của hệ thống.
* Để thông tin phản hồi tương thích với bộ điều khiển thì hệ thống đo phải đảm
bảo các quá trình biến đổi tín hiệu theo các yêu cầu sau:
- Tín hiệu thu được từ hệ thống đo là tín hiệu tương tự.
- Khuyêch đại: tăng biên độ (tần số) của tín hiệu để bộ đk có thể nhận dạng
được tín hiệu phản hồi.
- Quá trình lọc bỏ nhiễu: lọc bỏ các tín hiệu nhiễu ảnh hưởng đến tín hiệu phản
hồi.
- Trong quá trình phản hồi tín hiệu mà trung tâm đk xa phần công tác cấn
truyền dẫn tín hiệu thì phải có quá trình điều chế.
- Giải điều chế: là quá trình ngược với quá trình điều chế, mục đích là thu được
tín hiệu phả hồi cần thiết.
Câu 5 Trình bày khái niệm, nguyên lí hoạt động, phân loại và đặc tính cơ bản của
động cơ bước?
*Khái niệm: Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng
khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động
cơ không đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung

điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động
của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết.
3
*) Nguyên lý hoạt động cơ bản: Động cơ bước không quay theo cơ chế thông
thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển
học. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển
vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rôto tương ứng
với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc
vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
*) Có những loại nào?
Động cơ bước được chia làm hai loại: nam châm vĩnh cửu và biến từ trở. Ngoài ra
còn có loại hỗn hợp.
*) Nêu đặc điểm và các đặc tính cơ bản của động cơ bước
- STEP là loại động cơ không chổi than.
- Độc lập với tải: động cơ bước quay với tốc độ ổn định trong tầm moment của
động cơ.
- Moment giữ : STEP có thể giữ được trục quay của nó, so với động cơ DC
không có hộp số thì moment giữ của STEP lớn hơn rất nhiều.
- Điều khiển vị trí vòng hở: thông thường chúng ta có thể đếm xung kích ở
động cơ để xác định vị trí mà không cần phải có cảm biến hồi tiếp vị trí,
nhưng đôi khi trong những ứng dụng đòi hỏi tính chính xác cao STEP thường
được sử dụng kết hợp với các cảm biến vị trí như: encoder, biến trở …
- Đáp ứng tốt: STEP đáp ứng tốt khi khởi động, dừng lại và đảo chiều quay một
cách dễ dàng.
Câu 6: Trình bày khái niệm,nguyên lí hoạt động,phân loại và các đặc tính cơ bản
của động cơ servo?
*)Khái niệm: Động cơ SERVO là động cơ không đồng bộ nhưng có roto là nam
châm vĩnh cửu. Loại động cơ này được gắn thêm encoder để lấy tín hiệu hồi tiếp
như tốc độ, vị trí. Ứng dụng của động cơ servo là dùng để điều khiển chính xác các
thông số như: góc quay, tốc độ, momen. Động cơ servo đạt được công suất lớn và

không bỏ bước như động cơ step.
*)Nguyên lý hoạt động: Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp
vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ
quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển. Nếu có bất kỳ lý do
nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp (liên hệ ngược) sẽ
nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục
chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.
*)Phân loại: Động cơ servo thường được phân thành hai loại: động cơ servo DC và
động cơ servo AC.
Động cơ servo AC được chia thành hai loại: loại động cơ servo AC đồng bộ và
servo AC cảm ứng.
*)Các đặc tính cơ bản của động cơ servo:
4
1. Tăng tốc độ đáp ứng vận tốc: các động cơ thông thường muốn chuyển từ mức
tốc độ này sang tốc độ khác thì phải mất một khoảng thời gian quá độ. Động cơ
servo đã khắc phục được nhược điểm này.
2. Tăng khả năng đáp ứng: tức là có khả năng chuyển tiếp trơn các mức vận tốc,
hay nói cách khác quá trình quá độ vận tốc xảy ra một cách tuyến tính.
3. Mở rộng vùng điều khiển: có thể điều chỉnh tốc độ trong một dải rất rộng.
4. Khả năng ổn định tốc độ: do có hồi tiếp vịt trí và vận tốc đến mạch điều khiển
(driver).
Câu 7: Các đặc điểm nhận biết 1 sp cơ điện tử, trình bày vai trò của liên hệ ngược
trong hệ thống cơ điện tử, cách thức thiết lập liên hệ ngược những lợi ích mà nó
mang lại?
*Sp cđt có các đặc điểm nổi bật nhất là tính tự động hóa linh hoạt cao nhờ các liên
hệ phản hồi, tức là trong hệ thống luôn luôn tồn tại cá liên hệ ngược, từ đó các đặc
điểm nhận biết sp cđt như sau:
- Hệ servo: tồn tại ít nhất một liên hệ ngược( hệ kín có phản hồi)
- Đảm bảo 3 chức năng chính: động học, động lực học,cơ điện tử.
- Có sự kết hợp các thành phần cơ,điện,điện tử…

- Tích hợp hữu cơ: phần nọ bổ trợ cho phần kia các bộ phận có liên quan với
nhau.
Liên hệ ngược là các đường phản hồi tín hiệu từ môi trường công tác , thông số
trạng thái của hệ thống về bộ điều khiển.
*) Cách thức thiết lập liên hệ ngược:
- Dữ liệu được cung cấp từ mô hình hóa.
- Dữ liệu được cung cấp từ các hệ thống đo.
*) Lợi ích mà nó mang lại:
- Phản hồi thông tin để giám sát, điều khiển chính xác theo ý đồ công nghệ.
- Tự động hóa trong quá trình vận hành.
- Trong các sp cơ khí cụ thể, vd như trong hệ thống thủy lực, liên hệ ngược có
vai trò tiết kiệm môi chất.
5
- Tính kinh tế.
Câu 8: Trình bày những nguyên lý cơ bản của van servo kiểu vòi phun bản chắn,
cách thiết lập điểm o cho bản chắn?
*) Nguyên lý cơ bản của van servo kiểu vòi phun chắn:
1 - Đưa vào cuộn dây một dòng điện để động cơ mô men tác động lên mặt rotor
một mô men quay (M
1
), làm càng đàn hồi di chuyển bản chắn lại gần một trong hai
miệng vòi phun. Áp lực tăng do khe hở giảm làm giảm lưu lượng qua vòi phun
này, buồng cấp dầu cho vòi phun bị chặn có áp suất tăng lên. Lượng chênh áp
trong các buồng của van trượt thủy lực cấp 2 làm di chuyển lõi trụ trượt mở đường
cấp A hoặc B tới xy lanh công tác.
2 - Lõi trụ trượt di chuyển làm cong càng đàn hồi tạo ra một mô men M
2
chống lại
M
1

. Đây là tín hiệu phản hồi cần có của hệ điều chỉnh servo, khi M
2
bằng với M
1

trụ trượt nằm ở vị trí cân bằng và duy trì lưu lượng tới buồng làm việc của xy lanh
công tác.
3 - Nếu ngắt điện khỏi động cơ mô men, mô men M
1
mất theo, càng đàn hồi duỗi
ra do đàn hồi và bị vòi phun đẩy về vị trí trung gian như ban đầu nên M
2
cũng
không còn, 2 lò xo xác định vị trí điểm 0 của lõi trụ trượt tác động đem trụ trượt về
vị trí trung gian. Hai vòi phun có lưu lượng cân bằng trở lại, hai buồng chứa có áp
cân bằng cũng góp phần đẩy con trượt di chuyển về trạng thái trung gian ngắt hết
các đường A, B nên không có dầu tới xy lanh công tác. Quá trình chuyển động
thực hiện xong một chu kỳ ứng với 1 lần cấp nguồn cho động cơ mô men. Nếu
hành động cấp nguồn xảy ra liên tục thì chuyển động cũng liên tục và ngược lại.
Có thể thấy nếu không nhờ có liên hệ ngược chuyển động A hay B đã được phát
động có tốc độ phụ thuộc vào sự cân bằng của M
1
và M
2
khó duy trì do vị trí con
trượt di động liên tục.
6
Câu 9: Giải thích sự khác nhau của đặc tính chuyển động khi xây dựng bằng lí
thuyết và thực nghiệm?
Trong thiết kế kỹ thuật có 2 pp xây dựng mô hình là xd mô hình bằng lý thuyết và

xây dựng mô hình bằng thực nghiệm.
+) XD mô hình bằng lý thuyết: yêu cầu biết trước các thông số cấu trúc hệ thống, 1
số quan hệ hình học và động học cũng như động lực học của các phần tử trong hệ
và phải kết hợp thêm các định luật, định lý chuyên biệt cho từng hệ.
*) Các dđ của việc xd mô hình bắng lý thuyết: xử lý mang tính tổng quát, ít tốn
kém và có thể tối ưu hóa được.
*) Nhược điểm: khối lượng tính toán và thời gian tính toán lớn; thường gặp khó
khăn khi xét đến các yếu tố phi tuyến tồn tại trong hệ thống trong đó có cả nhiễu
tác động bên ngoài; yêu cầu người thiết kế phải có trình độ cao về mô hình hóa.
+) Xd mô hình bằng thực nghiệm ko yêu cầu biết trước thông số cấu trúc hệ thống,
bản chất của việc xd mô hình hóa là dựa vào kq từ các phép đo các đại lượng đầu
ra theo các đại lượng đầu vào đã xđ, đề từ đó nội suy từ các thuật toán chuyên
ngành và rút ra qh giữa đầu ra và đầu vào.
*)ƯĐ: thời gian đáp ứng nhanh; khối lượng công việc phải làm ít; đã kiểm soát hết
các yếu tố từ môi trường công tác cũng như các thông số trạng thái của hệ thống.
*)NĐ: chi phí thực hiện cao; việc tối ưu hóa bị hạnh chế; nếu thay đổi đầu vào thì
phải thực hiện đo lại các tín hiệu ra do ko xđ được 1 cách tq; muốn tối ưu phải thực
hiện nhiều lần.
Câu 10: Xây dựng phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ 2 bậc tự do
trong trường hợp hệ tự dao động trên nền cố định?
7
*) Phân tích hệ:
- Hệ có 2 bậc tự do.
- Phân tích cđ: vật m, m
0
cđ tịnh tiến theo phương thẳng đứng.
- Ngoại lực tác dụng: P, P
0,
F.
- Chọn hệ tọa độ suy rộng: q={y;y

1
} với gốc là vị trí cân bằng tĩnh của hệ.
*) Biểu thức động năng:
. .
2 2
0 1
1 1
2 2
T m y m y= +
*) Năng lượng hao tán:
.
. .
2 2
1 1
1 1
( )
2 2
b y b y y
φ
= + −
*) Biểu thức thế năng:
Do gốc thế năng ở vị trí cân bằng tĩnh của hệ, ta có quan hệ sau:
k
1
(
l

-
l


1
)=m
0
g & k
l

=(m
0
+m)g
Thế năng:
2 2
1 1 1 0 1
1 1
( ) ( )
2 2
k y l k y y l l mgy m gyΠ = − ∆ + − − ∆ + ∆ + +
*) Lực suy rộng không thế:
Tính toán: tự viết.
Trình bày ứng dụng của mô hình nói trên trong kĩ thuật: có thể nêu nó ứng dụng
trong công nghệ sản xuất ô tô xe máy hay các thiết kế cơ khí mục đích để giảm
8
xóc, giảm chấn động để tăng tính hoạt động ổn định và êm cho cơ cấu khi chịu tải
trọng lớn…
Câu 11: Mô hình động học và mô hình động lực học có vai trò ntn trong điều khiển
hệ cơ điện tử?
*) Mô hình động học :là quan hệ giữa không gian khớp và không gian công tác
Có 2 bài toán động học là động học thuận và động học ngược trong đó bài toán
động học ngược quan trọng hơn,nhưng lại khó khăn hơn bởi vì thực chất giải bài
toán động học ngược là giải hệ phương trình đại số phi tuyến mà không thể giải
bằng giải tích.

Đầu vào bài toán động học là quĩ đạo chuyển động của phần công tác. Đầu ra là bộ
thông số động học khâu trung gian.
Vai trò:
1. Lời giải bài toán động học ngược là quĩ đạo phần công tác khi giải rat a tìm
được các thông số động học của khâu trung gian.
2. Là thông tin đầu vào cho bài toán động lực học ngược
3. Kết quả bài toán động học ngược có thể dùng làm thông tin điều khiển cho
việc điều khiển mạch chuyển vị.
*) Mô hình động lực học : là phương trình biểu diễn mối quan hệ lực dẫn động các
khâu với các thông số động học từng khâu. Là vấn đề tiếp theo có liên quan tới các
lực và momen cần thiết cho việc thực hiện các nhiệm vụ đã đề ra, kể cả việc bám
theo quỹ đạo cho trước trong không gian công tác
Có 2 bài toán là động lực học thuận(dễ thực hiện nhưng lại quan trọng hơn) và
động lực học ngược(khó thực hiện).
Vai trò:
Kết quả bài toán động lực học là căn cứ lựa chọn động cơ và thiết lập phương trình
điều khiển động cơ,truyền động cho các thao tác công nghệ,kiểm bền cho chi tiết
máy….
9

Câu 12: Ttrình bày điều kiện để thay thế 1 mô hình nghiên cứu = mô hình khác
.trong các trường hợp 2 mô hình được coi là đồng dạng ,và 2 mô hình được coi là
tương tự ? phạm vi ứng dụng của mỗi kĩ thuật đó?
Thay thế … đồng dạng khi: 2 hệ cùng bản chất; đã xđ được hs đồng dạng giữa 2
mô hình. Thường được sd trong thiết kế máy, hệ thống mới, tk thử nghiệm, tính
toán tối ưu.
Thay thế … tương tự: 2 hệ khác bản chất; có sự tương tự về đặc tính của các phần
tử. Thường dùng trong trường hợp khảo sát các ht không có mô hình thật.
Câu 14: So sánh van servo và van tỷ lệ trên cơ sở ccch là van đảo chiều 4/3. Độ
nhạy của các van lưu lượng lớn được đảm bảo bằng giải pháp nào?

*) So sánh
1. Cả van servo và van tỉ lệ được dùng cho điều khiển vô cấp vị trí, tốc độ và lực
của một cơ cấu chấp hành thủy lực, yêu cầu độ chính xác vị trí hoặc chính xác
trong điều kiện chạy và dải tần số làm việc, trong cả hai cấu trúc vòng kín và
vòng hở.
2. Trong các trường hợp cần thiết thì các van có thể được điều khiển theo nhiều
bước. Độ khuếch đại tổng bằng tích của các độ khuếch đại riêng của từng
bước. Đối với các van servo nhiều tầng, độ khuếch đại tổng có thể đạt tới >10
8
.
3. Van servo hay van tỉ lệ là một bộ phận của hệ thủy lực có thể sinh ra đầu ra
điều khiển được và hàm của đầu vào dạng điện. Thiết bị chuyển đổi tín hiệu
điện thành tác động vào cửa van là nam châm điện của động cơ mô men hoặc
cuộn cảm tỉ lệ.
4. Động cơ mô men chuyển dòng điện một chiều nhỏ sang mô men tác động lên
mặt rotor ở chế độ lưỡng cực trong van servo. Trong khi cuộn cảm tỉ lệ sinh ra
lực tác động đơn hướng trên hàm phần ứng di động của dòng điện trong cuộn
10
dây, với đặc tính duy trì lực này gần như không đổi trong dải di chuyển con
chạy (lõi trụ trượt).
5. Động cơ mô men với các giá trị dòng điện và điện cảm thấp có thời gian đáp
ứng ngắn hơn cuộn cảm servo, đặc biệt là hoạt động với dòng điện cao nhưng
sinh ra công suất cơ thấp hơn so với cuộn cảm tỉ lệ. Do đó động cơ mô men tạo
thành tầng dẫn hướng thường thấy trong các van servo, còn cuộn cảm servo
được dùng trong các van tỉ lệ tác động trực tiếp lên các con trượt.
*Độ nhạy của các van lưu lượng lớn được đảm bảo bằng giải pháp nào:
Sử dụng van có phản hồi so với van tỉ lệ không phản hồi thì loại có phản hồi có
thời gian đáp ứng nhanh từ 12 – 37 ms và sai số do hiện tượng từ trể nhỏ khoảng
1%.
- Sử dụng liên hệ ngược trong hệ thống điều khiển :có ý nghĩa quyết định về độ

chính xác và độ tin cậy của thiết bị. Liên hệ ngược vị trí có thể sử dụng liên hệ cơ
khí, điện hoặc thủy lực
Câu 15: Trình bày nguyên lý làm việc của encoder?
Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder, LED và lỗ:
*) Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên
đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay,
chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn
11
led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt
thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được
đèn led có chiếu qua lỗ hay không.
Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu nhận
được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng.
Câu 16: Trình bày phép đo tuyệt đối chu kì? Phân biệt chiều đếm tăng giảm?
*)Đo tuyệt đối chu kỳ (đo kết hợp).
Chia toàn bộ phạm vi đường dịch chuyển thành các khoảng tăng (gia số) có độ lớn
như nhau. Trong một khoảng tăng phép đo được thực hiện theo phương pháp tuyệt
đối.
Phương pháp này dùng trong phép đo tương tự, vì độ chính xác của các vạch chia
trên thang đo có thể không đảm bảo trên một phạm vi đường dịch chuyển lớn;
Đo hành trình tương đối.
1 2 3 4
Đo hành trình tuyệt đối.
12
M
1 2
0 1 2 3 4 5 6 7 8
* Phân biệt chiều đếm tăng giảm
Để nhận biết chiều đếm: Sử dụng 2 tế bào quang điện 1,2 đặt lệch nhau τ/4. Trên
lưới chắn có 2 hàng vạch cũng bố trí lệch nhau τ/4. Thứ tự các xung phát ra từ 2 tế

bào quang điện lệch nhau 90. Các xung này sẽ được dẫn vào bộ chọn chiều đếm.
Nguyên tắc tác dụng của bộ chọn chiều đếm:
- Khi thước đo chuyển động lần lượt xuất hiện 2 xung f1 và f2 lệch nhau 90 độ.
- Xung f1 điều khiển khâu & cho dây dẫn phải r và dây dẫn trái l.
- Xung f2 đóng vai trò là xung đếm. Chiều chuyển động được nhận biết bởi
chiều bước nhảy xung f2.
- Quá trình thước dịch chuyển sang phải: xung f2 nhảy từ 0 sang 1. Xung vi
phân f2’ là xung nhọn dương và đi qua khâu &1 theo đường r đến bộ đếm Z.
- Quá trình thước dịch chuyển sang trái: xung f2 nhảy từ 1 về 0. Xung vi phân
f2’ là xung nhọn dương và đi qua khâu &2 theo đường l đến bộ đếm Z;
Câu 17: Sự phối hợp về chuyển vị , gia tốc, vận tốc, lực… trong hệ nhiều trục đk
đồng thời kiểu cơ điện tử được thực hiện ntn?
-Lấy1 ví dụ về sơ đồ robot công nghiệp sau đó phân tíchSự phối hợp về chuyển vị,
vận tốc, gia tốc, lực trong hệ điều khiển nhiều trục đồng thời dựa trên dữ liệu bài
toán động lực học
Do đó kiểu cơ điện tử được thực hiện như sau:
- Thiết lập mô hình động học -> giải bài toán động học ngược
- Thiết lập mô hình động lực học ngược
13
- Sử dụng kết quả của bài toán động học ngược để giải bài toán động lực học
ngược.
- Sử dụng kết quả bài toán động lực học ngược để xây dựng chương trình điều
khiển động cơ dẫn động các trục theo thời gian thực…
Câu 18: So sánh các yêu tố đảm bảo sự chính xác trong chuyển động chấp hành
của một hệ cơ điện tử và một hệ cơ khí truyền thống?
*) SP cơ khí: phụ thuộc chủ yếu vào tay nghề của người vận hành máy, kinh
nghiệm -> độ chính xác lặp lại thấp; Có sai số tích lũy do các bộ truyền; ko có
phản hồi nên ko giám sát được ảnh hưởng của nhiễu tác động.
*) SP cđt: Nhờ có phản hồi nên ht được điều chỉnh, hiệu chỉnh tự động 1 cách
chính xác, giảm sai số từ các bộ truyền cơ khí; độ chính xác lặp lại cao; giảm thiểu

được tác động của nhiễu.
Câu 19: Chỉ ra sự tương tự giữa các đại lượng trong mô hình cơ hệ một bậc tự do
và mạch rlc.trong trường hợp mạch r-c mắc nối tiếp,sự thay đổi này thay đổi như
thế nào ơ mạch rlc mắc song song.
→Ở mạch RLC nối tiếp ta áp dụng định luật Kiechop2 cho mạch có nguồn ta có:
L + R.i+C =U(t).(1)
nếu xem i= thì (1)L +R. + .q = U(t).
Xem lại phương trình của cơ hệ 1 bậc tự do ta có: m+b. + y = p(t).
Do đó L=m; b=R; k=1/C => 2 mô hình này là tương thích nhau
Nếu mạch RLC mắc song song thì theo định luật kiechop 1 cho mạch có nguồn ta
có :
i1+i2+i3=i(t).<=> C +1/R.U +1/L =i(t)
14
Đạo hàm 2 vế phương trình theo t ta có: C + 1/R +1/L.U=
So sánh với hệ cơ ta có m=C b=1/R k=1/L do đó 2 hệ này là tương tự.
Câu 20. Trình bày khái niệm vai trò phân tích ưu nhược điểm của PLC?
*) Khái niệm: PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình (Program Logic Control),
là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua
1 ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.
Cũng như các thiết bị lập trình khác, hệ thống lập trình cơ bản của PLC bao gồm 2
phần: khối xử lý trung tâm (CPU) và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/O)
*)ƯĐ:
- Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng rơ le.
- Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chương trình (phần mềm)
điều khiển.
- Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống.
- Nhiều chức năng điều khiển.
- Tốc độ cao.
- Công suất tiêu thụ nhỏ.
- Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt.

- Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thêm các khối vào/ra chức
năng.
- Tạo khả năng mở ra các lĩnh vực áp dụng mới.
- Giá thành không cao.
Chính nhờ những ưu thế đó, PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các hệ
thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng và sự
đồng nhất sản phẩm, tăng hiệu suất , giảm năng lượng tiêu tốn, tăng mức an toàn,
15
tiện nghi và thoải mái trong lao động. Đồng thời cho phép nâng cao tính thị trường
của sản phẩm.
*)NĐ: Giá thành cao; bộ thiết bị lập trình thường đắt và sd ít.
Câu 21. Định nghĩa mô hình? Nêu một số dạng mô hình hay gặp trong kĩ thuật, ý
nghĩa của việc mô hình hóa trong các bài toán cơ điện tử?
* ) Định nghĩa mô hình: Mô hình là một thể hiện bằng thực thể hay bằng khái
niệm, một số thuộc tính và quan hệ đặc trưng của nguyên hình nhằm:
*) Một số dạng mô hình hay gặp trong kĩ thuật:
- Mô hình trích mẫu: Là tập hợp các cá thể lấy ra từ một tổng thể, để hình thành
một tập mẫu, chúng được nghiên cứu bằng quy luật thống kê toán học để xác định
số lượng cá thể cần thiết có thể đại diện cho nguyên hình với độ chính xác yêu cầu.
Mô hình trích mẫu hay dùng trong kiểm tra chất lượng sản phẩm.
- Mô hình đồng dạng: Hai mô hình được gọi là đồng dạng khi các đại lượng vật lí
cùng tên của chúng tỉ lệ với nhau, đồng dạng hình học khi các kích thước dài và
kích thước góc tỉ lệ nhau, đồng dạng động hình học khi vận tốc tỉ lệ với nhau, đồng
dạng động lực học khi lực tỉ lệ với nhau. Mô hình đồng dạng thường sử dụng trong
kiểm tra bền đối tượng thiết kế hoặc thay thế mô hình gốc khi không tiếp cận được
mô hình gốc.
- Mô hình tương tự: Hai thực thể khác nhau về bản chất vật lí được gọi là tương tự
khi trạng thái của chúng được mô tả bằng cùng một hệ phương trình vi phân và
điều kiện đơn trị. Mô hình tương tự có thể vận dụng để cấu trúc thí nghiệm trong
trường hợp thí nghiệm với nguyên hình khó dựng hoặc tốn kém lớn.

- Mô hình toán học: Ba mô hình nói trên đều ở dạng các thực thể vật lí, mô hình
toán học là mô hình khái niệm, nó tồn tại dưới dạng cấu trúc hay hệ thức toán học.
Mô hình toán học dùng để thiết kế đối tượng trên máy tính thông qua việc khảo sát
đến cùng để xác định thông số thiết kế tối ưu.
- Mô hình lược tả: Là mô hình biểu diễn bằng hình học trực quan những thuộc tính
quan hệ nào đó (những thuộc tính này có thể là hình học hay phi hình học, ví dụ
16
mô yình nguyên tử là mô hình mang ý nghĩa hình học, sơ đồ khối mô tả thuật toán
để lập trình trên máy tính không mang ý nghĩa hình học).
*) Ý nghĩa của việc mô hình hóa trong các bài toán cơ điện tử.
Việc mô hình hóa được các hệ có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong các bài toán cơ
điện tử :
Từ dạng mô hình hóa tìm được giả sử là khi ta lập được phương trình vi phân
chuyển động của hệ  biến đổi qua không gian Laplace hàm truyền của hệ
thống xét được các đặc tính của hệ thống như độ ổn định,độ sai lệch tĩnh là các
bài toán của môn lý thuyết điều khiển tự động…
Câu 22. Có mấy dạng mô hình toán dùng để phân tích và thiết kế hệ thống ?trong
số đó dạng nào là quan trong nhất?tại sao? Tại sao phải sử dụng các dạng khác
nhau như vậy?
*) Các dạng mô hình toán dùng để phân tích và thiết kế hệ thống:
1. phương trình vi phân
2.dạng hàm truyền
3.dạng phương trình không gian trạng thái
→Dạng quan trọng nhất: phương trình vi phân vì: ptvp là phương trình mô tả đầy
đủ nhất trạng thái của 1 hệ thống mà từ đó tìm được các thông số liên quan từ ptvp
ta có thể suy ra các phương trình khác.
→Sử dụng các dạng khác vì: việc giải phương trình vi phân là khó khăn do đó
chuyển sang hàm truyền và pt không gian trạng thái là giải hiệu quả hơn.
Câu 23. Những thay thế về mặt hình thức bằng hệ cùng bản chất và những thay thế
về mặt hình thức khác bản chất ? Cơ sở để đảm bảo sự tương thích trong việc làm

này?
*Hệ cùng bản chất: thay thế 1 hệ bằng 1 hệ cùng bản chất (ví dụ như cơ cấu giảm
sóc thật với mô hình giảm sóc) .cơ sở để đảm bảo sự tương thích trong việc này đó
là đảm bảo về tỉ lệ đồng dạng.
*Hệ khác bản chất: phân tích mô tả hệ ban đầu bằng các thành phần khác bản chất.
Vd: L m R b 1/Ck
* Cơ sở để đảm bảo cho sự tương thích đó là : đảm bảo phương trình toán mô tả hệ
đó.
Câu 24. Phân tích ưu nhược điểm của chuyển động khí nén?
17
*) Ưu điểm :
-Tính đồng nhất giữa phần I và P (điều khiển và chấp hành) nên bảo dưỡng sửa
chữa ,tổ chức kỹ thuật đơn giản,thuận tiện
- Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng
- Khả năng quá tải lớn của động cơ khí
- Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật
- Tuổi thọ lớn
- Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng
báo hiệu,kiểm tra,điều khiển nên làm việc trong môi trường rễ nổ ,và đảm bảo môi
trường sạch vệ sinh
- Có khả năng truyền tải năng lượng xa,bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và tổn
thất áp suất trên đường áp suất ít
- Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ,hơn
nữa khả năng giãn nở áp suất khí lớn,nên truyền động có thể đạt vận tốc rất cao.
*Nhược Điểm :
- Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử
- Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử,chỉ điều khiển theo chương
trình có sẵn.Khả năng điều khiển phức tạp kém
- Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh
- Lực truyền tải trọng thấp

- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây tiếng ồn
- Không điều khiển được quá trình trung gian giữa 2 ngưỡng
Câu 25. Trình bày sơ lược về cấu trúc, tín hiệu và kiểu điều khiển của hệ thống
điều khiển khí nén và thủy lực?
*) Hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực bao gồm các phần tử điều khiển và cơ
cấu chấp hành được nối kết với nhau thành hệ thống hoàn chỉnh để thực hiện
nhiệm vụ theo yêu cầu đặt ra.hệ thống được mô tả (như hình vẽ).
- Tín hiệu đầu vào : nút nhấn,công tắc,công tắc hành trình,cảm biến
18
- Phần xử lý thông tin:xử lý tín hiêu nhận vào theo 1 quy tắc logic xác định
làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển: van logic And ,Or ,Not ,Yes,
Flip- Filop ,Rơle…
- Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng( lưu lượng áp suất) theo yêu
cầu,thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành : van chỉnh áp,van dảo
chiều,van tiết lưu,ly hợp…
- Cơ cấu chấp hành : thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển ,là đại lượng
ra của mạnh điều khiển:xy lanh khí-dầu,động cơ khí nén-dầu
→Phần thông tin :Điện tử, Điện cơ, Khí,Dầu,Quang học, Sinh học.
→Phần công suất :Điện:công suất nhỏ,điều khiển hoạt động dễ,nhanh ;
Khí:công suất vừa,quán tính tốc độ cao; Thủy:công suất lớn,quán tính ít-dễ
ổn định,tốc độ thấp
→Các loại tín hiệu điều khiển:Trong điều khiển khí nén và thủy lực nói
chung ta sử dụng 2 loại tín hiệu: Tương tự; Rời rạc.
*) Điều khiển vồng hở.Hệ thống điều khiển vòng hở là không có sự so sánh giữa
tín hiệu đầu ra với tín hiệu đầu vào,giá trị thực thu được và giá trị cần đạt không
được điều chỉnh,xử lý, Hệ thống điều khiển hở tốc độ động cơ thủy lực.
*Điềukhiển vòng kín (hồi tiếp)
Hệ thống mà tín hiệu đầu ra nhận được phản hồi để so sánh với tín hiệu
đầu vào.độ chênh lệch của 2 tín hiệu vào ra được thông báo cho thiết bị điều
19

khiển,để thiết bị này tạo ra thiết bị điều khiển tác dụng lên đối tượng điều khiển
sao cho giá trị thực luôn đạt như mong muốn
Câu 27. Trình bày nội dung và phạm vi ứng dụng của hệ điều khiển khí nén và
thủy lực?
*) Phạm vi ứng dụng của điều khiển thủy lực – khí nén:
Khí nén:
Hệ thống điều khiển khí nén được sử dụng rộng rãi ở những lĩnh vực mà ở đó
dễ xảy ra các vấn đề nguy hiểm: như cháy nổ, độc hại (VD: các đồ gá kẹp các chi
tiết nhựa dẻo); hoặc được sử dụng trong ngành cơ khí như cấp phôi gia công; hoặc
trong môi trường vệ sinh sạch sẽ như công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử.
Ngoài ra hệ thống điều khiến bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền sản
xuất thực phẩm: như rửa bao bì tự động, rót nước vào chai,…; trong các thiết bị
vận chuyển và kiểm tra băng tải, thang máy công nghiệp, thiết bị lò hơi, đóng gói,
bao bì, in ấn, phân loại sản phầm và trong công nghiệp hóa chất, y khoa và sinh
học.
Thủy lực:Hệ thống điều khiển thủy lực được sử dụng trong các lĩnh vực công
nghiệp như: máy ép áp lực, máy nâng chuyển , máy công cụ, máy gia công, máy
nông nghiệp, máy xây dựng, …
20

×