Câu 1. Sơ đồ chức năng của hệ thống điện – khí nén điều khiển cánh lái tên lửa

Trả lời:

Sơ đồ chức năng của hệ thống điện – khí nén điều khiển cánh lái tên lửa:

Thành phần:

-Bộ điều khiển: lấy sai số giữa lệnh điều khiển  và góc quay cánh lái  tạo ra điện áp đưa tới van điều khiển.

-Van điều khiển: căn cứ vào điện áp điều khiển đưa tới để thay đổi hướng nguồn cung cấp khí nén. Van điều khiển gồm: van điện từ, van servo, van tỷ lệ.

-Xy lanh khí nén: theo chênh lệch áp suất do van điều khiển tạo ra, làm pit tông thay đổi một lượng X.

-Cơ cấu chấp hành (cánh lái): quay cánh lái tên lửa đi 1 góc  tương ứng với lượng dịch chuyển X của pit tông.

-Cơ cấu cảm biến đo góc: là phần tử hồi tiếp của hệ thống, tiến hành đo góc quay cánh lái phản hồi trở về so sánh với lệnh điều khiển.

Các phần tử khác: bình tích để chứa khí nén, bơm để đưa khí nén đến van điều khiển.

2. nh÷ng ­u ®iÓm vµ nh­îc ®iÓm cña hÖ thèng truyÒn ®éng b»ng điện – khÝ nÐn

a. ¦u ®iÓm cña hÖ thèng truyÒn ®éng b»ng khÝ nÐn 

+/ Cã kh¶ n¨ng truyÒn n¨ng l­îng ®i xa, bëi v× ®é nhít ®éng häc cña khÝ nÐn nhá vµ tæn thÊt ¸p suÊt trªn ®­êng dÉn nhá.

+/ Do kh¶ n¨ng chÞu nÐn (®µn håi) lín cña kh«ng khÝ, nªn cã thÓ trÝch chøa khÝ nÐn rÊt thuËn lîi. V× vËy cã kh¶ n¨ng øng dông ®Ó thµnh lËp mét tr¹m trÝch chøa khÝ nÐn.

+/ Kh«ng khÝ dïng ®Ó nÐn, hÇu nh­ cã sè l­îng kh«ng giíi h¹n vµ cã thÓ th¶i ra ng­îc trë l¹i bÇu khÝ quyÓn.

+/ HÖ thèng khÝ nÐn s¹ch sÏ, dï cho cã sù rß rØ kh«ng khÝ nÐn ë hÖ thèng èng dÉn,do ®ã kh«ng tån t¹i mèi ®e däa bÞ nhiÔm bÈn.

+/ Chi phÝ nhá ®Ó thiÕt lËp mét hÖ thèng truyÒn ®éng b»ng khÝ nÐn, bëi v× phÇn lín trong c¸c xÝ nghiÖp, nhµ m¸y ®· cã s¼n ®­êng dÉn khÝ nÐn.

+/ HÖ thèng phßng ngõa qu¸ ¸p suÊt giíi h¹n ®­îc ®¶m b¶o, nªn tÝnh nguy hiÓm cña qu¸ tr×nh sö dông hÖ thèng truyÒn ®éng b»ng khÝ nÐn thÊp.

+/ C¸c thµnh phÇn vËn hµnh trong hÖ thèng (c¬ cÊu dÉn ®éng, van, ...) cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n vµ gi¸ thµnh kh«ng ®¾t.

+/ C¸c van khÝ nÐn phï hîp mét c¸ch lý t­ëng ®èi víi c¸c chøc n¨ng vËn hµnh logic, vµ do ®ã ®­îc sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn tr×nh tù phøc t¹p vµ c¸c mãc phøc hîp.

+/ Kh¶ n¨ng øng dông cña khÝ nÐn ®­îc ph¸t triÓn réng r·i vµ ®a d¹ng trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau.

+/ HÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng khÝ nÐn ®­îc sö dông trong c¸c lÜnh vùc nh­: c¸c thiÕt bÞ phun s¬n, c¸c lo¹i ®å g¸ kÑp chi tiÕt hoÆc lµ sö dông trong lÜnh vùc s¶n xuÊt c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö v× ®iÒu kiÖn vÖ sinh m«i tr­êng rÊt tèt vµ an toµn cao.

+/ TruyÒn ®éng quay: truyÒn ®éng xilanh, ®éng c¬ quay víi c«ng suÊt lín b»ng n¨ng l­îng khÝ nÐn.

+/ HTTĐ điện- khí nén nếu so với hệ thuỷ lực có tốc độ chuyển động cực đại của bộ phận chuyển động cao hơn vì mật độ khí nhỏ hơn mật độ chất lỏng nên tốc độ dòng khí qua các ống cao hơn. Ngoài ra HT khí nén có cấu tạo đơn giản hơn(vì nguồn cấp khí có thể chỉ là bình khí nén hoặc SP của quá trình cháy), có tính an toàn về cháy nổ(do có thể không khí làm chất khí bị nén).

+ /HT khí nén có quán tính lớn hơn HT thuỷ lực,do chất khí có khả năng bị ép và yêu cầu fải bôi trơn các bộ fận chuyển động. Khí nén cũng có khả năng bị dò rỉ khí và bị ảnh hưởng của nhiệt độ.

b. Nh­îc ®iÓm Cña hÖ thèng truyÒn ®éng b»ng khÝ nÐn

+/ Lùc ®Ó truyÒn t¶i träng ®Õn c¬ cÊu chÊp hµnh thÊp.

+/ Khi t¶i träng trong hÖ thèng thay ®æi, th× vËn tèc truyÒn còng thay ®æi theo, bëi v× kh¶ n¨ng ®µn håi cña khÝ nÐn  lín. (Kh«ng thÓ thùc hiÖn ®­îc nh÷ng chuyÓn ®éng th¼ng hoÆc quay ®Òu).

+/ Dßng khÝ tho¸t ra ë ®­êng dÉn ra g©y nªn tiÕng ån.

3. các phần tử cơ bản của hệ thống điện khí nén

3.1 Van điện từ :

+Định nghĩa : là một phần tử trong hệ thống thực hiện đóng ngắt và chuyển hướng môi chất công tác(thông,ngắt).

+Cấu tạo :     +phần thân van :

           +) Cơ cấu con trượt : có thể chuyển động khi có lực điện từ tác động

+)Cửa vào ,cửa ra : thiết diện tròn phụ thuộc vào từng loại van có tác dụng dẫn môi chất công tác vào và ra qua van.

           + phần cuộn dây :tạo ra lực điện từ khi có dòng điện chạy trong cuộn dây.

Cấu tạo của van điện từ được thể hiện như hình vẽ.Hai nhánh P,T có thể nối với A hoặc B tùy vào cuôn dây trái hay phải được cấp điện.Khi cấp điện cho cuộn trái thì A nối với T,B nối với P, khi cấp điện cho cuộn phải thì A nối với P,B nối với T.

+Nguyên lý làm việc :

Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây sinh ra từ thông,từ thông này sinh ra một lực F điện từ tác động vào con trượt trong van làm dịch chuyển con trượt sẽ làm ngắt hoặc thông các nhánh A,B,T,P như mô tả ở phần cấu tạo.

Các tham số cơ bản của van điện từ : Fđiện từ ,dòng qua các cuộn dây ic , S,µ.Các tham số này cho phép an toàn.

Lưu lượng qua van phụ thuộc vào tiết diện của các nhánh van.

Điện từ sinh ra có thể do điện áp một chiều(110V,24V,12V) hoặc điện áp xoay chiều (220v,50Hz).

+Đặc tính của van :

+Số lần đóng ngắt trên một đơn vị thời gian :

(hình tự vẽ)

Nếu tần số quá lớn sự thông ngắt của van sẽ không đảm bảo -> tần số làm việc giới hạn.

3.2 : Phần tử van Secvô .

1.      Định nghĩa :

Van secvo là van công suất có tín hiệu điều khiển ở đầu vào là tín hiệu điện công suất nhỏ và tín hiệu ra là áp hay luồng khí nén có công suất lớn và hoạt động của van có thể xem như 1 hệ điều khiển mạch kín ( có phản hồi )

2.      Về chức năng :

Thiết bị  secvo thực chất là 1 bộ khuếch đại công suất , tạo momen và lực lớn ở đầu ra

3.      Cấu tạo :

Gồm có :

-         Phần thân van : có các cửa vào và ra của môi chất công tác

-         Con trượt ( tấm chắn ) : dịch chuyển của nó sẽ thay đổi áp suất hay luồng khí

-         Động cơ momen : là máy điện đặc biệt có nhiệm vụ điều khiển dịch chuyển của con trượt ( tấm chắn )

4.      Hình vẽ và kí hiệu :

5.      Nguyên lý làm việc :

-         Khi cấp điện vào 2 cuộn dây có giá trị  như nhau thì động cơ momen coi như không làm việc, nên tấm chắn nằm ở vị trí giữa, áp suất 2 bên như nhau

-         Khi điện cấp vào 2 cuộn dây khác nhau thì tấm chắn lệch đi, ta sẽ tính toán và cấp điện vào 2 cuộn phù hợp để áp suất đầu ra được như mong muốn

-         Các phương trình mô tả :

+ chuyển động của quay của phần ứng :  

           + momen điện từ :

           + phương trình điện áp của van :

6.      Quan hệ vào ra :

-         Đầu vào : tín hiệu điện 0-9V or 4-20mA ( có P rất nhỏ)

-         Đầu ra là dịch chuyển của con trượt để thay đổi áp suất or luồng khí

-        

S(Q)

Sơ đồ :

Van secvo

Xi lanh or con trượt chính

Phản hồi

U 0-9v

Q (S)

            + Hàm truyền :

 : tính phi tuyến nhưng cũng có vùng gần tuyến tính

                   Phô tô về vẽ sau cái đường gần tuyến tính này ! ^^

3.3 Xi lanh

Cơ cấu chấp hành khí nén kiểu xilanh dung để tạo ra chuyển động tịnh tiến( chuyển động thẳng). Chúng có thể tạo tác động đơn( tác động một chiều) hay tác động kép( tác động hai chiều)

a/ Kiểu tác động đơn: Cấu tạo và ký hiệu như hình vẽ. Nguyên lý hoạt động : áp lực tác động vào xilanh làm chuyển động pittong và chuyển động ngược lại của pittong do ngoại lực hoặc lò xo tác động.

1.      Xilanh   2.  Pittong    3. Lò xo    4. Trục

Ký hiệu xilanh một chiều

b/ Kiểu tác động kép: Cấu tạo và ký hiệu như hình vẽ. Nguyên lý hoạt động: xilanh hoạt động theo nguyên lý áp suất được dẫn vào cả hai phía của xilanh. Xilanh tác động kép còn có thể có cơ cấu giảm chấn. Nhiệm vụ của cơ cấu giảm chấn là ngăn chặn sự va đập của pittong vào thành xilanh ở vị trí cuối của hành trình.

Cấu tạo xilanh tác động 2 chiều

Ký hiệu xilanh tác động hai chiều

Ngoài ra, còn có cơ cấu chấp hành khí nén kiểu màng. Cơ cấu chấp hành này được sử dụng khi có yêu cầu chuyển dịch của pittong không nhiều và khi có yêu cầu khắt khe độ kín của chất khí.

Mô hình toán học của xilanh

Phương trình chuyển động của xilanh:

Đầu vào : PL ; Đầu ra : X­1

Ta có : m. 1 = FKN - Fc

trong đó         FC = f( 1, X1, v, to,)

 FKN = Shd.PL

3.4 Van tỷ lệ

Định nghĩa : Là loại van khí nén tạo tín hiệu ra dưới dạng ap suất hoặc lưu lượng dòng chảy của dòng khí tỉ lệ với tín hiệu điện đk ở đầu vào .Các đặc điểm của loại van này .

Đđ cấu tạo (chú ý đưa cuộn dây ra ngoài)

Đều có thân van con trượt và các chi tiết khác . Sự khác nhau chủ yếu ở đây là ở kết cấu cụ thể của dây điện từ và con trượt của van .Cuộn dây đc thiết kế để đảm bảo vị trí con trượt phụ thuộc với dòng điên đặt vào cuộn dây . Con trượt van tỉ lệ đc chế tạo với độ chính xác cao hơn về độ thẳng, độ cong được giám sát rất cẩn thận,chính xác đến 0.00003 cm,khe trống xuyên tâm giữa con trượt và rảnh nằm trong khoảng 3 ->5 micromet,việc khâc độ đo trên thân con trượt tạo rảnh đk ,rảnh đk đảm bảo mức độ đk lớn hơn có thể được so sánh với thân con trượt thông thường,van tỉ lệ có thể có nhiều cấu hình khác nhau:hai hoặc 3 vị trí tâm mở,tâm đóng,tái sinh hoặc di động ở 3 vị trí.

Trong van có cuộn dây điên từ nhưng đây là cuộn dây điện từ tỉ lệ cho phép điều khiển con trượt dừng ở vị trí trung gian bất kì nào trong hành trình của nó

Tần số hoạt động của van đc chế tạo lớn hơn nhiều tần số hoạt động của van điện từ

tần số của van điện từ 5 Hz -> tần số của van tỉ lệ lớn hơn gấp đôi 10Hz

Van đk tỉ lệ ko có mạch phản hồi ,nội tạng bên trong van khi chưa có yêu cầu cao về chỉ số lượng van Nhưng có thể bổ sung mạch phản hồi trong van để nâng cao . Chất lượng đk của van như độ chính xác để khắc phục tính phi tuyến của van như tính ko đồng nhất ,tính trễ ,tính ko nhạy

Nguyên lí hoạt động:

Nếu tính tới sự phụ thuộc tuyến tính của lực lò xo với vị trí của trục trượt,thì ta có sự phụ thuộc tuyến tính giữa vị trí trục trượt với dòng điện đặt vào cuộn dây điện từ,dòng điện càng lớn,cuộn dây tạo lực càng lớn,lực này ép lò xo cho đến khi lực lò xo cân bàng với lực cuộn dây.khi đạt được cân bằng lực,trục trượt dừng lại.

Quan hệ vào ra:được mô tả bởi hệ phương trình sau

Đặt : dịch chuyển x

       :tốc độ dịch chuyển

       : là dòng điện

 =

m =  +C + f(   )

L = - Rc. -  +

4. Tổng hợp hệ thống truyền động điện khí nén

là dịch chuyển của pít tông

Theo định luật I niuton

                                                              (1)                                                       

Trong đó   : diện tích hiệu dụng của xi lanh

 : áp xuất làm việc của xi lanh ( hiệu áp xuất giữa hai ngăn )

 : lực ma sát phụ  thuộc vào hệ số ma sát, tính chụi nén, cơ cấu chuyển động ....

Khi bỏ qua động lực của van tỷ lệ  thì khi đó ta coi đầu vào là điện áp điều khiển U và đầu ra là áp suất . Với công thức liện hệ sau

           (2)

Trong đó

 : hàm phụ thuộc vào chuyển dịch của xy lanh, tốc độ dich chuyển, áp suất

: hàm phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, áp suất ..

: giá trị cực đại có thể có của ta xét hệ ở

Đặt các biến trạng thái : dich chuyển của xy lanh

                                    : tốc độ dịch chuyển của xy lanh

                              : áp xuất làm việc của xy lanh

Ta có hệ phương trình trạng thái

Tổng hợp

Bước 1 : làm cho nhanh nhất có thể

            (6.1)

Để ta chọnvới

                                                            (6.2) 

Với  là sai lệch của  và

          (6.3)

Nếu làm thì theo quy luật hàm mũ

Bước 2 : thực hiện làm nhanh nhất có thể

Bằng cách đạo hàm tại (6.2) và thay các giá trị từ (4) và (6.3) ta có

         (7.1)

Chọn              (7.2)        

Với  là sai lệch của và

                                                     (7.3)

Khi thì theo cách chọn  và

Bước 3 : bảo đảm nhanh nhất có thể

Từ phương trình (7.2) biến đổi và đạo hàm sau  sau đó thay các giá trị Từ (5) và (7.3) và tiến hành đạo hàm ta có

 (9.1)

Thay giá trị của  từ (7.2) ta có

 (9.2)

Với   ta tiến hành chọn