HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ

TS. Đỗ Văn Cần :

ĐT 0935253630

Web: noibunphodien.com

Khoa Kỹ thuật & Công nghệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

1

HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ

C1. Tổng quan lực và lưu lượng (4 tiết)

C2. Động lực học thủy khí (8 tiết)

C3. Hàm truyền hệ thống thủy khí (8 tiết)

C4. Điều khiển hệ thống thủy khí (10 tiết)

Phần mềm Automation

2

2 TC Lý thuyết + 1 TC thực hành

Phần mềm Automation

Mô hình Thủy khí nén

https://plc4me.com/

​

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.1. Một số khái niệm (1 tiết)

1.2. Phương trình cân bằng lưu lượng (1 tiết)

1.3. Phương trình cân bằng lực (1 tiết)

1.4. Vận tốc và tải trọng (1 tiết)

3

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.1. Một số khái niệm (1 tiết)

4

Van khí nén

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.1. Một số khái niệm (1 tiết)

5

Pít tông, Xy lanh

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.1. Một số khái niệm (1 tiết)

6

Động cơ thủy lực

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.1. Một số khái niệm (1 tiết)

7

Nguồn khí nén

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.1. Một số khái niệm (1 tiết)

8

Tùy thuộc vào thứ nguyên của áp suất P và lưu lượng Q mà công thức trên có thêm các hệ số. Mô hình tính toán của nguồn lưu lượng lý tưởng là N_ra = N_vào

​

Thiết bị thuỷ khí: Nguồn (lưu lượng, áp suất), Van điều khiển, Xy lanh pittong, động cơ thủy khí, Van tiết lưu, Van 1 chiều, ống dẫn, đầu nối.

Thiết bị điện: Nút nhấn, công tắc, Board mạch lập trình, Thiết bị đóng cắt

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.1. Một số khái niệm (1 tiết)

9

Thông số:

Q - lưu lượng [m^3/s], [lit/s]

V - thể tích [m^3], [lit]

v - vận tốc [m/s], gia tốc a[m/s^2], chiều dài x[m]

A - tiết diện [m^2]

P - áp suất [Pa], [kg/m^2], 1Pa =1N/m^2, 1kg=9,81N, 1Bar = 100.000Pa = 10N/cm^2

K - hệ số khuếch đại

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.2. Phương trình cân bằng lưu lượng (1 tiết)

10

Cho hệ pittong

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.2. Phương trình cân bằng lưu lượng (1 tiết)

11

Mạch thủy lực ở hình nếu tách thành hai sơ đồ, một sơ đồ là mạch thực hiện chuyển động công tác v₁ và một sơ đồ là mạch thực hiện chuyển động lùi v₂ thì ta có hình

​

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.2. Phương trình cân bằng lưu lượng (1 tiết)

12

Hệ số kết cấu của xy lanh trong hai

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.2. Phương trình cân bằng lưu lượng (1 tiết)

13

Do tính chất đàn hồi của dầu nên khi áp suất thay đổi thì thể tích dầu sẽ thay đổi, lưu lượng do biến dạng đàn hồi của dầu được xác định theo công thức sau

​

​

​

C được gọi là hệ số tích luỹ đàn hồi của dầu

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.2. Phương trình cân bằng lưu lượng (1 tiết)

14

Phương trình lưu lượng trên đường dầu vào là : Q_P = Q_A + Q_C1

Trong đó : Q_P - lưu lượng cung cấp của van;

Q_A - lưu lượng làm pittông chuyển động;

Q_C1 - lưu lượng do biến dạng đàn hồi của dầu trên đường dầu vào

​

Phương trình lưu lượng trên đường dầu ra là : Q_R = Q_B - Q_C2

Trong đó : Q_R - lưu lượng về bể dầu;

Q_B - lưu lượng làm pittông đẩy ra;

Q_c2 - lưu lượng do biến dạng đàn hồi của dầu trên đường dầu ra

​

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.2. Phương trình cân bằng lưu lượng (1 tiết)

15

Khi pittông chuyển động công tác v₁

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.2. Phương trình cân bằng lưu lượng (1 tiết)

16

Khi pittông chuyển động lùi về v₂

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.2. Phương trình cân bằng lưu lượng (1 tiết)

17

Vì cùng nguồn cung cấp và van trượt có kết cấu đối xứng nên lưu lượng cung cấp của van khi chuyển động công tác v₁ và chuyển động lùi về v₂ là như nhau, Tuy nhiên lưu lượng khác nhau

​

Nếu hệ làm việc ổn định thì áp suất sẽ không thay đổi, ta có

​

​

và lưu lượng vào và ra lúc đó là

​

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.2. Phương trình cân bằng lưu lượng (1 tiết)

18

Ví dụ: Cho hệ thủy lực, có Pit tông A1 (mặt sau) 10 cm^2, A2 (mặt trước) 9cm^2, hệ số đàn hồi dầu C=10N/m. Thiết lập phương trình chuyển động cả 2 trường hợp đi (v1 =2 m/s) về (v2 = 3 m/s). Biết rằng phương trình áp suất mô tả trong 2 trường hợp P(t) = 3t^2+ t=0

Bài giải:

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.1. Một số khái niệm (1 tiết)

1.2. Phương trình cân bằng lưu lượng (1 tiết)

1.3. Phương trình cân bằng lực (1 tiết)

1.4. Vận tốc và tải trọng (1 tiết)

19

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.3. Phương trình cân bằng lực (1 tiết)

20

Nếu bỏ qua ma sát, lực tác dụng lên pittông thể hiện ở hình thì phương trình cân bằng lực là

​

​

​

Trong đó : FL - tải trọng ngoài;

PP và PR - áp suất tác dụng lên diện tích của pittông AP và AR;

m - khối lượng của phần chuyển động.

x, v và a - tương ứng là hành trình, vận tốc và gia tốc chuyển động của pittông.

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.3. Phương trình cân bằng lực (1 tiết)

21

Ở trạng thái ổn định thì gia tốc a = 0 nên phương trình cân bằng lực được viết lại là

​

Nếu tải trọng ngoài FL= 0 thì

​

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.3. Phương trình cân bằng lực (1 tiết)

22

Ví dụ: Cho hệ thủy lực, có Pit tông A1 (mặt sau) 10 cm^2, A2 (mặt trước) 9cm^2, hệ số đàn hồi dầu C=10N/m. Thiết lập phương trình vận tốc v1 . Biết rằng phương trình áp suất mô tả trong 2 trường hợp P(t) = 3t^2+ t=0, Qp(1) = 1m^3.

Bài giải:

​

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.4. Quan hệ vận tốc và tải trọng (1 tiết)

23

Mô hình tải

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.4. Quan hệ vận tốc và tải trọng (1 tiết)

24

Mô hình tải

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.4. Quan hệ vận tốc và tải trọng (1 tiết)

25

Mô hình tải

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.4. Quan hệ vận tốc và tải trọng (1 tiết)

26

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.4. Quan hệ vận tốc và tải trọng (1 tiết)

27

Nếu năng lượng vào và ra của van bằng nhau, tức là

​

​

​

​

​

Công thức trên có thể viết lại như sau

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.4. Quan hệ vận tốc và tải trọng (1 tiết)

28

Ta có:

​

​

​

​

​

​

Theo cách phân tích và tính toán như trên, ta cũng lập được phương trình lực cho nhánh

còn lại.

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.4. Quan hệ vận tốc và tải trọng (1 tiết)

29

Để thiết kế kết cấu của mạch thủy lực.

Xét các trường hợp sau đây:

* Khi vận tốc bằng không (v = 0) thì pittông dừng chuyển động nên

​

​

​

​

F⁰_L gọi là tải "dừng" (lực giới hạn tạo sự quá tải cho xylanh).

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

1.4. Quan hệ vận tốc và tải trọng (1 tiết)

30

Để thiết kế kết cấu của mạch thủy lực.

Xét các trường hợp sau đây:

* Khi FL = 0 hoặc FL ˜ 0 thì công trên sẽ là

​

​

​

​

​

​

Chương 1: TỔNG QUAN LỰC VÀ LƯU LƯỢNG (4t)

Bài tập chương 1

31

1. Phương trình cân bằng lưu lượng (4 phương trình)
2. Phương trình cân bằng lực (1 phương trình)
3. Quan hệ giữa vận tốc và tải trọng

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.1. Quan hệ áp suất và lưu lượng khi xét đàn hồi (1 tiết)

2.2. Độ cứng thủy khí (1 tiết)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

2.4. Quá trình ma sát (1 tiết)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

2.6. Phương trình chuyển động pittông có ma sát có xét các yếu tố (1 tiết)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh (1 tiết)

2.8. Bài tập (1 tiết)

32

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.1. Quan hệ áp suất và lưu lượng khi xét đàn hồi (1 tiết)

33

Khi áp suất trong buồng chứa dầu thay đổi thì thể tích dầu cũng thay đổi do dầu có

biến dạng đàn hồi. Nếu gọi C là hệ số tích lũy đàn hồi của dầu thì C được xác định như sau

​

​

​

​

Trong đó : q - biến thiên lưu lượng của dầu (tức thời);

V - thể tích dầu biến dạng;

P - áp suất trong buồng dầu;

V0- thể tích ban đầu của buồng dầu;

B - mô đun đàn hồi của dầu.

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.1. Quan hệ áp suất và lưu lượng khi xét đàn hồi (1 tiết)

34

a,b sơ đồ nguyên lý; c,d sơ đồ tính toán.

Trong đó :

QP - lưu lượng do biến dạng đàn hồi của dầu trong đường ống dẫn;

Qx - lưu lượng do biến dạng của dầu trong xylanh;

QR - lưu lượng do biến dạng đàn hồi của dầu trong đường ống dẫn và trong xy lanh;

Qv - lưu lượng cần thiết để pittông chuyển động với vận tốc v;

CP và Cx - hệ số tích lũy đàn hồi của dầu trên đường ống dẫn và trong xy lanh;

CT - hệ số tích luỹ đàn hồi tương đương.

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.1. Quan hệ áp suất và lưu lượng khi xét đàn hồi (1 tiết)

35

Hệ số tích lũy đàn hồi tương đương khi áp suất trong mạch thủy lực bằng nhau. Xét mạch thủy lực như hình, nếu bài toán có tính đến biến dạng đàn hồi của dầu trong ống dẫn và trong buồng làm việc của xy lanh thì sơ đồ trên hình (a,b) có thể chuyển thành sơ đồ tính toán như hình sau (c,d). Phương trình cân bằng lưu lượng có dạng:

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.1. Quan hệ áp suất và lưu lượng khi xét đàn hồi (1 tiết)

36

Ví dụ: Xây dựng hàm QT = f(P)

Cp = 10 N/m

Cx = 20 N/m

Ap = 0,1 m^2

v1 = 0,2 m/phút

p (t) = 5.e^(-2t)

Giải:

QT = Qx+Qp+Qv = (Cp +Cx ). (-10.e^(-2t))

+v1.Ap

QT = Q0 + f(t)

Q0 = ???

f(t) = ???

Xác định QT tại thời điểm t = 30s

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.2. Độ cứng thủy khí (1 tiết)

37

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.2. Độ cứng thủy khí (1 tiết)

38

Hình a là mô hình thí nghiệm nghiên cứu sự đàn hồi của dầu. Nếu thành xylanh, cần dẫn của pittông cứng tuyệt đối, không tính đến ma sát và sự rò dầu thì khi tăng lực ép FL, áp suất P tăng (P tăng tỉ lệ với FL) đồng thời độ dịch chuyển của pittông x cũng tăng tỉ lệ thuận với P. Quá trình đó thể hiện ở đặc tính trên hình b.

Trong phạm vi nhất định, quan hệ P - x được coi là tuyến tính. Đặc tính này giống đặc tính của một lò xo hay một khâu đàn hồi cơ khí nào đó. Nghĩa là P tăng thì x tăng nhưng đến một giá trị giới hạn xgh thì dù P tăng nhưng x không tăng nữa.

Như vậy trong phạm vi quan hệ P - x tuyến tính thì độ đàn hồi của dầu tương đương độ đàn hồi của một lò xo và độ cứng của khâu đàn hồi thủy lực được gọi là độ cứng thuỷ lực CH.

Theo tính toán lý thuyết ở mục 3.6, nếu tính đến cả hệ số ma sát f và sức cản thủy lực RL thì độ cứng thủy lực được xác định theo công thức như sau

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.2. Độ cứng thủy khí (1 tiết)

39

Nếu bỏ qua ma sát (f = 0) hoặc bỏ qua tổn thất lưu lượng (K = 0 hay RL = ∞ không

có rò dầu) thì độ cứng thủy lực là

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.2. Độ cứng thủy khí (1 tiết)

40

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.2. Độ cứng thủy khí (1 tiết)

Xylanh thủy lực có kết cấu không đối xứng Hình 2.9 là mô hình xác định độ cứng tương đương của cụm pittông-xylanh thủy lực có kết cấu không đối xứng.

Độ cứng thành phần khi tính đến cả thể tích chứa dầu trong các đường dẫn dầu từ van đến xylanh là

​

​

​

​

trong đó : x - vị trí của pittông;

L - hành trình lớn nhất của pittông;

VL1 - thể tích chứa dầu trên đường ống vào;

VL2 - thể tích chứa dầu trên đường ống ra

​

​

41

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.2. Độ cứng thủy khí (1 tiết)

Độ cứng tương đương của hệ sẽ là :

​

​

42

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.2. Độ cứng thủy khí (1 tiết)

​

Ví dụ 1 Xác định độ cứng thủy lực nhỏ nhất của cụm truyền động thủy lực chuyển động tịnh tiến trên hình

​

​

43

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

44

Nghiên cứu mạch thủy lực ở hình, trên đó có hai yếu tố chính là lưu lượng tính đến độ đàn hồi của dầu qua C và lưu lượng thực hiện chảy tầng qua R_L.

Phương trình cân bằng lưu lượng là:

​

​

​

​

​

​

Hay

​

​

Như vậy theo công thức trên, nếu biết quy luật thay đổi của áp suất P thì ta xác định

được lưu lượng QT.

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

45

​

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

46

Ví dụ: cho phương trình áp suất P (t) = t^2+3t+4. Hãy xác định QT

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

47

Xác định quy luật thay đổi áp suất khi biết lưu lượng cung cấp QI trong mạch RLC thủy khí

​

Nếu biết lưu lượng cung cấp QI có thể xác định được quy luật thay đổi áp suất P(t). Giả sử ta có mạch thủy lực như ở hình, trong đó bơm có lưu lượng QI (I ký hiệu cho bơm có lưu lượng lý tưởng tức là không có tổn thất lưu lượng) và một van trượt 2 vị trí điều khiển. Van có tác dụng là khi đóng thì toàn bộ dầu từ bơm sẽ về hệ thống và khi mở thì dầu từ bơm sẽ thông vào bể dầu

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

48

Xác định quy luật thay đổi áp suất khi biết lưu lượng cung cấp QI trong mạch RLC thủy khí

​

Khi van mở, toàn bộ lưu lượng của bơm sẽ qua van và về bể dầu. Lúc đó áp suất hệ thống P(t) = 0; Lưu lượng tổn thất qua RL bằng 0 và chưa có dầu tích lũy trong C. Khi van đột ngột đóng (t = 0) thì tất cả lưu lượng dầu cung cấp của bơm đều vào hệ thống. Ban đầu áp suất còn thấp chưa có chất lỏng rò qua RLvà dầu tích vào C còn ít.

Sau một thời gian áp suất tăng lên, dầu tích vào C nhiều hơn và chất lỏng rò qua RL tăng dần. Kết quả chất lỏng rò qua RL sẽ làm cho áp suất chỉ tăng đến một mức nào đó rồi không tăng và chất lỏng không còn tích thêm vào C được (P "dừng" tăng), điều này sẽ dẫn tới toàn bộ lưu lượng của bơm tràn qua RL. Thời điểm áp suất không tăng nữa có thể gọi là thời điểm bắt đầu "dừng" và đồ thị đặc tính của áp suất thể hiện như trên hình.

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

49

Xác định quy luật thay đổi áp suất khi biết lưu lượng cung cấp QI trong mạch RLC thủy khí

​

Trong quá trình nghiên cứu mạch thủy lực hãy so sánh với mạch điện, giữa chúng có những đặc điểm tương tự về hoạt động cũng như mô hình tính toán.

Ví dụ sơ đồ đang nghiên cứu trên hình tương đương với mạch điện RC, trong đó RL tương đương với điện trở R và C tương đương với một tụ điện C. Quan hệ giữa áp suất và lưu lượng là tuyến tính (cho trường hợp dòng chảy tầng ) hoặc là bậc hai (cho trường hợp chảy rối ).

Khi đóng van, phương trình lưu lượng sẽ là

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

50

Xác định quy luật thay đổi áp suất khi biết lưu lượng cung cấp QI trong mạch RLC thủy khí

​

Khi đóng van, phương trình lưu lượng sẽ là:

​

​

Giả sử P(t) tăng theo quy luật hàm mũ và dạng tổng quát là

​

​

Trong đó : PO - áp suất ở thời điểm ban đầu (t =0);

PS - áp suất ở trạng thái "dừng" (áp suất làm việc ổn định).

Thay thế vào ta có:

​

​

Hay

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

51

Xác định quy luật thay đổi áp suất khi biết lưu lượng cung cấp QI trong mạch RLC thủy khí

​

Theo lý thuyết về phương trình vi phân tuyến tính, có thể tách phương trình trên thành hai phương trình độc lập. Các số hạng không đổi cân bằng nhau và các số hạng tồn tại trong thời gian ngắn cân bằng nhau.

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

52

Xác định quy luật thay đổi áp suất khi biết lưu lượng cung cấp QI trong mạch RLC thủy khí

​

Thay

​

Vào

​

​

Ta có:

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

53

Xác định quy luật thay đổi áp suất khi biết lưu lượng cung cấp QI trong mạch RLC thủy khí

​

Trường hợp khi van mở hoàn toàn (t = 0) mà áp suất P(0) ≠ 0 thì

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

ꞇ gọi là hằng số thời gian của đặc tính áp suất.

​

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.3. Quy luật thay đổi áp suất (1 tiết)

54

Quá trình phóng và nạp dầu trong mạch RC thủy lực

Mạch này có thể ứng dụng để thực hiện thí nghiệm xác định đặc tính áp suất hoặc xác định hệ số khả năng tích luỹ đàn hồi C. Hãy nghiên cứu sơ đồ hình, trên đó có bơm dầu, van trượt hai vị trí, bộ tạo tổn thất lưu lượng RL và một bình chứa dầu tạo khả năng tích luỹ đàn hồi của dầu C. Khi đóng van dầu được nạp vào bình chứa C, đặc tính của áp suất tăng theo quy luật hàm mũ như đã giới thiệu ở mục trên.

​

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.4. Quá trình ma sát (1 tiết)

55

Ma sát là một hiện tượng tự nhiên phức tạp, có thể có lợi hoặc hại tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng của thiết bị. Đối với những hệ có dao động ngoài mong muốn thì chính nhờ ma sát sẽ cản trở hoặc hạn chế được dao động đó.

Lực ma sát quan hệ đến vận tốc chuyển động tuân theo đặc tính hình 3.5a. Trong đó giá trị F0 là lực ma sát cần thiết để vật thoát khỏi trạng thái tĩnh do hiện tượng trựơt dính và Fv là ma sát nhớt khi vật chuyển động với vận tốc v. Giá trị Fv sẽ lian quan đến hiện tượng t3/4t dần dao động trong các dao động. FR là lực ma sát có giá trị không đổi.

​

​

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.4. Quá trình ma sát (1 tiết)

56

a- Đồ thị quan hệ Fms - v thực tế; b- Đồ thị về tuyến tính hoá quan hệ Fms - v.

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.4. Quá trình ma sát (1 tiết)

57

Thực tế vận tốc để lực dính kết F0 giảm xuống FR rất nhỏ (˜ 0) nên có thể coi FV xuất hiện tại v = 0.

Các thành phần lực trên được xác định như sau

​

​

Trong đó : FN - lực pháp tuyến trên bề mặt trượt;

𝜇0, 𝜇R - các hệ số ma sát nhớt liên quan đến sự dính kết và trượt của các cặp ma sát. Nếu đường cong ma sát nhớt Fv chia ra thành từng đoạn nhỏ tuyến tính thì ta có công thức:

​

Trong đó fi và v(i) là hệ số ma sát nhớt và vận tốc tương ứng với các đoạn chia nhỏ ở trên

đường cong.

​

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.4. Quá trình ma sát (1 tiết)

58

Để đơn giản cho quá trình tính toán, thực tế có thể tuyến tính hoá đường cong thực Fv, tuy nhiên sai số tuyến tính nhỏ và nằm trong phạm vi cho phép ứng dụng của kỹ thuật.

Lực ma sát nhớt FV viết lại là FV = fV.v

Trong đó : v - vận tốc chuyển động; fV - hệ số ma sát nhớt.

​

Thực tế FR rất nhỏ, có thể bỏ qua, F0 là lực liên kết khi vật chưa chuyển động. Nên trong quá trình thiết lập các phương trình lực thì lực ma sát được tính theo công thức trên.

Cũng phân tích tương tự như trên đối với hệ chuyển động quay mômen ma sát được xác định theo công thức :

M𝝮 = f𝝮.𝝮

trong đó : M𝝮 - mômen do ma sát nhớt gây ra;

f𝝮 - hệ số ma sát nhớt (f𝝮 ≠ fV);

𝝮 - vận tốc góc của hệ ma sát chuyển động quay.

​

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

59

Mô hình tính toán vận tốc chuyển động của pittông

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

60

Khi pittông của xylanh thủy lực mang khối lượng m chuyển động với vận tốc v(t) thì phương trình cân bằng lực được xây dựng trên cơ sở của sơ đồ phân tích lực như sau

​

​

​

Fms = f.v là lực ma sát nhớt và cản xy lanh.

​

Nếu vận tốc chuyển động của pittông v(t) biến đổi theo quy luật hàm mũ (như hình)

và xác định theo công thức :

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

61

Khi đó phương trình cân bằng lực được viết lại

​

​

Tách phương trình trên thành hai phương trình độc lập theo tính chất của phương trình vi phân tuyến tính

​

​

​

Suy ra

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

62

Ta có:

​

​

​

Tại thời điểm t = 0 thì

​

Lúc này

​

Hoặc

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

63

Ta có:

​

​

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

64

​

Ví dụ 1:

Vẽ hình sơ đồ hành trình đẩy ra của pitton

Xác định phương trình quan hệ lưu lượng và áp suất của pitton

Trong đó: Hệ số đàn hồi dầu C= 10; tổn hao R= 5; P(0) =0; tiết diện bên phải pitton 5cm^2 và bên trái 6cm^2;

​

Ví dụ 2:

Vẽ hình sơ đồ hành trình đẩy ra của pitton

Xác định phương trình quan hệ lực và vận tốc của pitton

Trong đó: Khối lượng tải m = 100kg, hệ số ma sát f=0,4; v(0) =0; tiết diện bên phải pitton 5cm^2 và bên trái 6cm^2;

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

65

Khi xét đến các yếu tố là khối lượng chuyển động, độ đàn hồi của dầu và tổn thất lưu lượng (bỏ qua ma sát nhớt). Năng lượng P. QL qua RL biến thành nhiệt năng. Cùng với ma sát Fms , RL sẽ làm cản trở dao động của quá trình quá độ. Nếu ma sát lớn, tổn thất lưu lượng lớn thì thời gian đáp ứng sẽ nhanh. Như vậy trong một số trường hợp đây lại là yếu tố

có lợi.

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

66

Phương trình cân bằng lưu lượng

​

​

​

Phương trình cân bằng lực

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

67

Tích phân hai vế phương trình gia tốc ta được

​

​

​

Thay vào phương trình lưu lượng:

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

68

Mặt khác

​

​

​

Hay:

​

​

Theo tính chất của phương trình vi phân tuyến tính thì có thể tách ra thành hai phương trình sau

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

69

Từ đó ta rút ra được áp suất ở trạng thái ổn định là

​

​

​

​

​

​

Hay

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

70

Phương trình trên là phương trình bậc hai của S nên nghiệm của nó là

​

​

​

​

và có ba khả năng sau đây có thể xảy ra

1. Khả năng thứ nhất : Đại lượng S có hai nghiệm thực không trùng nhau khi

2. Khả năng thứ hai : S có hai nghiệm kép là

3. Khả năng thứ ba : S có hai nghiệm phức, phần thực bằng nhau, phần ảo bằng

nhau về độ lớn và ngược nhau về dấu

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

71

1. Khả năng thứ nhất : Đại lượng S có hai nghiệm thực không trùng nhau khi

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

72

2. Khả năng thứ hai : S có hai nghiệm kép là

​

​

​

​

​

​

Đây là trường hợp áp suất tắt dần tới hạn, điều này không phù hợp với thực tế

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

73

3. Khả năng thứ ba : S có hai nghiệm phức, phần thực bằng nhau, phần ảo bằng

nhau về độ lớn và ngược nhau về dấu

​

​

​

​

​

​

áp suất P(t) được xác định theo công thức sau

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

Ví dụ:

74

Cho hệ như hình bên có:

RL = 100 Ns/m

C = 10N/m

m = 50kg

FL = 1000N

AP = 0,5m^2

QI= 2 m^3/2

(Bỏ qua ma sát)

1. Xác định phương trình cân bằng lưu lượng;
2. Xác định phương trình cân bằng lực;
3. Xây dựng quan hệ phương trình Lưu lượng và lực. Giả nghiệm P(t) = P_s+P₀.e^-t/ꞇ

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

Ví dụ:

75

1. PT cân bằng lưu lượng

QI= QL+QC+Qv

= P/RL+CdP/dt+ v.Ap

Xét v=0 (đứng yên)

Nghiệm tổng quát P(t) = P_s+P₀.e^st

​

Ps = 200 Nm^2

P0 = -200 Nm^2

s = - 0,001

P(t) = 200-200.e^-0,001t

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

Ví dụ:

76

b) PT cân bằng lực

P.Ap-FL= mdv/dt (Bỏ qua ma sát)

Nghiệm tổng quát v(t) = v_s+v₀.e^st

​

vs = Nm^2

v0 = Nm^2

s =

v(t) =

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

Ví dụ:

77

C) Xây dựng quan hệ phương trình Lưu lượng và lực. Giả nghiệm P(t) = P_s+P₀.e^-t/ꞇ

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

78

Khi có nghiệm phức hệ sẽ dao động tắt dần. Đây là trường hợp thường gặp trong thực tế.

Theo lý thuyết của Euler thì các hàm mũ phức có thể chuyển sang hàm sin hoặc cos như sau

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.5. Phương trình chuyển động pittông có ma sát (1 tiết)

79

Hình trình bày đặc tính P(t) dao động tắt dần, trên tắt dần và tắt dần tới hạn.

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.6. Phương trình chuyển động pittông có ma sát có xét các yếu tố (1 tiết)

80

Khi xét đến các yếu tố là khối lượng chuyển động, độ đàn hồi của dầu, tổn thất lưu lượng và ma sát nhớt. Bài toán này đề cập đến cả hai yếu tố tắt dần là tổn thất lưu lượng và ma sát nhớt. Mô hình khảo sát của bài toán này tương tự như ở hình.

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.6. Phương trình chuyển động pittông có ma sát có xét các yếu tố (1 tiết)

81

Phương trình cân bằng lưu lượng và phương trình cân bằng lực là:

​

​

​

​

​

​

​

Trong đó : f.v = Fms là lực ma sát nhớt;

f là hệ số ma sát nhớt.

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.6. Phương trình chuyển động pittông có ma sát có xét các yếu tố (1 tiết)

82

Đạo hàm 2 vế phương trình lưu lượng và thay vào phương trình cân bằng lực ta có

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.6. Phương trình chuyển động pittông có ma sát có xét các yếu tố (1 tiết)

83

Biến đổi

​

​

​

​

​

​

​

Tương tự trên lấy đạo hàm bậc nhất và bậc hai của P(t) = PS + P0.e^(s.t)

thay vào sau đó thiết lập hai phương trình độc lập có các số hạng không đổi cân bằng

nhau và các số hạng thay đổi theo thời gian cân bằng nhau, kết quả ta có

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.6. Phương trình chuyển động pittông có ma sát có xét các yếu tố (1 tiết)

84

Các hệ số của phương trình đồng thời tồn tại các yếu tố như m, AP, C, RL và f.

Đây là bài toán tổng hợp đồng thời xét đến cả ba yếu tố là độ đàn hồi của dầu, sự rò dầu và tổn thất năng lượng do ma sát nhớt. Tùy theo mức độ ảnh hưởng của các yếu tố trong từng bài toán cụ thể mà có thể bỏ qua yếu tố này hoặc yếu tố khác

​

​

​

​

​

​

​

Thực hiện giải phương trình bậc 2 như trên

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

85

Khi vận tốc chuyển động là sóng hình thang

Khi vận tốc chuyển động là sóng hình thang thì gia tốc ở vùng tăng tốc và giảm tốc bằng hằng số ( a1= const và a3 = const), còn vùng vận tốc không đổi thì gia tốc bằng 0 (a2 = 0). Tương ứng với các vùng trên thì vị trí của x thay đổi theo đường cong parabol ở vùng tăng và giảm tốc, và thay đổi tuyến tính ở vùng vận tốc không đổi vS (vùng 2).

Thời gian chu kỳ thực hiện chuyển động (TT) là tổng thời gian của các vùng vận tốc, tức là :

TT = ∆T1 + ∆T2 +∆T3

Vận tốc (v) và vị trí (x) xác định theo công thức sau :

​

​

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

86

Khi vận tốc chuyển động là sóng hình thang

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

87

Khi vận tốc chuyển động là sóng hình thang

​

Trong đó :

a- gia tốc chuyển động;

v- vận tốc chuyển động;

x- vị trí điều khiển;

x0- vị trí điều khiển tại t = 0;

v0- vận tốc tại thời điểm t = 0.

Khi gia tốc a không thay đổi thì

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

88

Khi vận tốc chuyển động là sóng hình thang

​

Từ đó ta có vị trí điều khiển XT được xác định là

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

89

Khi vận tốc chuyển động là sóng chữ nhật

Với vận tốc là sóng hình chữ nhật thì ∆T1≃ 0; ∆T3 ≃ 0 nên ∆T2≃ TT.

Đây là trường hợp đặc biệt của sóng hình thang.

Vị trí điều khiển được xác định là

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

90

Khi vận tốc chuyển động là sóng tam giác

Sóng tam giác cũng là trường hợp đặc biệt của sóng hình thang.

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

91

Xác định vận tốc vS đối với sóng hình thang

Trong ba dạng trên thì sóng vận tốc hình thang là tổng quát và thông dụng hơn cả.

Khi biết ∆x1, ∆x2, ∆x3 và TT thì vS xác định như sau

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

92

Xác định vận tốc vS đối với sóng hình thang

Khi biết TT, xT và gia tốc chuyển động thì vS xác định là

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

93

Xác định vận tốc vS đối với sóng hình thang

Nhân cả hai vế phương trình TT với vS và cộng với phương trình XT ta được:

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

94

Xác định vận tốc vS đối với sóng hình thang

phương trình trên là phương trình bậc 2 của vS, nghiệm của nó sẽ là:

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

95

a- Sơ đồ vận tốc điều khiển; b - Sơ đồ vận tốc điều khiển có nền vận tốc cho phép.

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.7. Quan hệ giữa gia tốc a, vận tốc v và vị trí điều khiển x của pittông-xylanh

96

Trong đó : xT - tổng khoảng hành trình điều khiển;

D - hệ số làm chậm.

Các vùng A1 và A2 ở hình trên là các nền vận tốc cho phép khi giảm tốc, còn ∆t và

∆tx là các khoảng thời gian cho phép để thực hiện giảm tốc. Thông thường : A1 = A2

​

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

2.8. Bài tập

97

Câu hỏi ôn tập 1: Hãy thiết lập phương trình cân bằng Lưu lượng và phương trình cân bằng lực cho hệ thống thủy lực sau (hình). Khảo sát quá trình quá độ của áp suất P(t). Có các thông số m = 10kg, C = 200N/m, A_p = 0,1m², R_L = 10, f = 5N.s/m. Q_I= 2 m³/s, F_I = 1000N, P(0) = 0.

Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC THUỶ KHÍ (8t)

98

Bài tập áp dụng tính Vận tốc pittong khi biết tổng thời gian, và tổng quản đường, và gia tốc.

2.8. Bài tập

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

3.3. Các mô hình điều khiển trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

3.4. Phần mềm Automation và Bài tập (2 tiết)

99

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

100

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

101

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

102

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

103

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

104

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

105

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

106

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

107

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

108

Van trượt có mép điều khiển dương, trung gian và âm

a - Van có mép điều khiển dương (+x0);

b - Van có mép điều khiển trung gian(x0 = 0);

c - Van có mép điều khiển âm (-x0);

d- Đặc tính lý thuyết Q - x (Q - I).

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

109

Van trượt có mép điều khiển dương, trung gian và âm

- Khi x0 > 0 gọi là van trượt có mép điều khiển dương, con trượt di chuyển trong vùng x0 lưu lượng vẫn bằng 0 và vùng này có thể gọi là vùng "chết" (hoặc vùng che phủ).

- Khi x0 = 0 gọi là van trượt có mép điều khiển trung gian.

- Khi x0 < 0 gọi là van trượt có mép điều khiển âm, tại vị trí trung gian (con trượt chưa di chuyển) đã hình thành tiết diện chảy và lưu lượng dầu đã qua van.

Đặc tính Q - x (hoặc Q - I) lý thuyết của các loại van trên thể hiện ở hình d

​

Thực tế rất khó thực hiện van trượt có mép điều khiển trung gian (x0 = 0) nên rất ít dùng trong thực tế.

Đối với van trượt có mép điều khiển dương để con trượt vượt quá vùng "chết" thì dòng điện đầu vào cần thiết để con trượt di chuyển x = x0 phải nhỏ hơn 4% dòng điện cực đại. Yêu cầu này nhằm khống chế sai số điều khiển trong phạm vi cho phép.

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

110

Van solenoid Cấu tạo của van solenoid gồm các bộ phận chính (hình 5.3) là: loai điều khiển trực tiếp (hình 5.3a) gồm có thân van, con tr-ợt và hai nam châm điện; loại điều khiển gián tiếp hình 5.3b) gồm có van sơ cấp 1, cấu tạo van sơ cấp giống van điều khiển trực tiếp và van thứ cấp 2 điều khiển con trượt bằng dầu ép, nhờ tác động của van sơ cấp. Con trượt của van sẽ hoạt động ở hai hoặc ba vị trí tùy theo tác động của nam châm. Có thể gọi van solenoid là loại van điều khiển có cấp

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

111

Van solenoid

a- Cấu tạo và ký hiệu của van solenoid điều khiển trực tiếp (1, 5 - vít hiệu chỉnh vị trí của lõi sắt từ; 2, 4 - lò xo; 3, 6 - cuộn dây của nam châm điện);

b- Cấu tạo và ký hiệu của van solenoid điều khiển gián tiếp (1 -van sơ cấp; 2 - van thứ cấp)

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

112

Van tỷ lệ

Cấu tạo của van tỷ lệ có gồm ba bộ phận chính (hình) là : Thân van, con trượt, nam châm điện. Để thay đổi tiết diện chảy của van, tức là thay đổi hành trình của con trượt bằng cách thay đổi dòng điện điều khiển nam châm. Có thể điều khiển con trượt ở vị trí bất kỳ trong phạm vi điều chỉnh nên van tỷ lệ có thể gọi là loại van điều khiển vô cấp.

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

113

Van servo

Bộ phận điều khiển con trượt của van servo (torque motor) thể hiện trên hình

gồm các ở bộ phận sau :

- Nam châm vĩnh cửu;

- Phần ứng và hai cuộn dây;

- Cánh chặn và càng đàn hồi;

- ống đàn hồi;

- Miệng phun dầu.

.

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.1. Các phần tử trong hệ thống thủy khí (2 tiết)

114

Pittong

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

115

Hệ điều khiển hở

Hình là sơ đồ khối ký hiệu hệ hở, về đặc tính điều khiển ta thấy, nếu tín hiệu vào là sóng chữ nhật U và tức thời thì tín hiệu ra R cũng sẽ tức thời nếu G là hằng số, nghĩa là G nhận tín hiệu U cho ra tín hiệu R không có sự chậm trễ. Tại thời điểm to ngay lập tức đạt được giá trị điều khiển R= G.U. Rõ ràng trong trường hợp này tín hiệu ra R đã lặp lại tín hiệu vào U theo một giá trị khuếch đại G và khả năng lặp lại liên quan đến độ tin cậy và độ chính xác của hệ.

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

116

Cho mạch thủy lực như ở hình a nếu van có khả năng tác động tức thời (t =0) tức là ngay lập tức đạt giá trị điều khiển theo đặc tính lý thuyết. Thực tế để đạt được giá trị điều khiển thì hệ cần có thời gian để thực hiện quá trình quá độ, quá trình đó thể hiện ở hình b

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

117

Tuy nhiên trong thực tế thời gian đáp ứng là rất nhỏ so với chu kỳ thực hiện thí nghiệm hoặc chu kỳ làm việc của thiết bị nên trong một chừng mực nhất định có thể coi đáp ứng của hệ là tức thời.

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

118

Để điều khiển lưu lượng hoặc áp suất cung cấp cho bộ truyền tải (xylanh hoặc động cơ dầu) người ta sử dụng van điện thủy lực có sơ đồ khối như ở hình

​

​

​

​

Trong sơ đồ trên hình, KA(s) là hàm truyền của bộ khuếch đại và Gv(s) là hàm truyền của van. Nếu bộ khuếch đại có hàm truyền là một khâu khuếch đại KA thì đáp ứng I(s) là tức thời.

​

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

119

Quan hệ giữa các thông số trong mạch điều khiển trên được viết như sau

​

​

​

​

​

​

​

Thực tế thời gian đáp ứng của cụm van điện thủy lực cũng rất nhỏ nên khi cần thiết có thể coi GAV(s) là một khâu khuếch đại, tức GAV = KA.GV là hằng số.

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

120

Trở lại ví dụ về điều khiển tốc độ của xe ở hình. Nếu trên bộ phận tiết lưu nhiên liệu chúng ta lắp thêm một thiết bị điều khiển (hình) thì có thể tự động điều khiển tốc độ của xe theo tín hiệu ban đầu mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tác động. Tín hiệu điều khiển được chuyển qua tín hiệu điện áp, cảm biến tốc độ sẽ chuyển tốc độ thực của xe thành tín hiệu điện áp tương ứng để so sánh với tín hiệu điện áp điều khiển nhằm tự động hiệu chỉnh các sai lệch tốc độ do ảnh hưởng của tác động bên ngoài.

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

121

Như vậy hệ kín có khả năng tự động hiệu chỉnh sai số giữa tín hiệu điều khiển và tín hiệu thực thông qua bộ điều khiển, do vậy hệ kín có độ chính xác và chất lượng điều khiển cao.

Trong hệ điều khiển tự động thủy lực, các phần tử điều khiển như van, bộ khuếch đại và các cảm biến đóng vai trò quan trọng.

Hiện nay do chất lượng chế tạo các loại cảm biến cao có khả năng truyền tín hiệu rất nhạy và chính xác, nên thông tường khi nghiên cứu các mạch điều khiển hệ kín người ta giả thiết cảm biến là một khâu khuếch đại. Hệ số khuếch đại của cảm biến thường ký hiệu là Kc hoặc H

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

122

a- Sơ đồ chính tắc; b- Sơ đồ khi lấy tín hiệu phản hồi.

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

123

Trong sơ đồ khối tổng quát ở hình 4.8, các tín hiệu và hàm truyền thay đổi theo thời gian được biểu diễn dưới biến Laplace S và ta có các quan hệ sau

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

124

Trong sơ đồ khối tổng quát ở hình 4.8, các tín hiệu và hàm truyền thay đổi theo thời gian được biểu diễn dưới biến Laplace S và ta có các quan hệ sau

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

125

Theo mô hình mạch hở ở hình trên thì

​

​

Tín hiệu phản hồi F(s) còn sử dụng để điều chỉnh các hệ số hiệu chỉnh cũng như hệ

số khuếch đại KA phù hợp với yêu cầu của mạch điều khiển

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

126

U(s) -Tín hiệu điện áp vào; X(s) -Tín hiệu ra của mạch điều khiển (tín hiệu vị trí); K -Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại; GQ -Hệ số khuếch đại lưu lượng của van; H - Hệ số khuếch đại của khâu phản hồi; 1/AP -Hệ số khuếch đại của xylanh; ∫ -Dấu tích phân biểu thị cho sự chuyển đổi vận tốc v(s) sang vị trí x(s); I(s) -Dòng điều khiển van; Q(s) -Lưu lượng vào xylanh; v(s) -Vận tốc của xylanh; F(s) -Tín hiệu điện áp phản hồi; E(s) -Tín hiệu so sánh

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.2. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

127

Hàm truyền hệ kín ở hình

​

​

​

​

trong đó : K, GQP, H là hệ số chuyển đổi của tín hiệu phản hồi và có thứ nguyên là

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

128

Hệ thuỷ lực chuyển động tịnh tiến điều khiển bằng bơm dầu. Ta có hệ thủy lực chuyển động thẳng được điều khiển bằng bơm dầu như ở hình

α- Hệ số điều chỉnh lưu lượng của bơm dầu;

x - Đại lượng điều chỉnh lưu lượng của bơm;

λ - Hệ số tổn thất lưu lượng trong xylanh và đường ống dẫn dầu;

p - áp suất dầu cung cấp của bơm;

Q - Lưu lượng cung cấp của bơm;

F - Diện tích của pittông;

V - Thể tích chứa dầu ở buồng công tác;

B - Môđun đàn hồi của dầu;

y - Chiều dài dịch chuyển của pittông;

M- Khối lượng của bộ phận chuyển động.

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

129

Phương trình cân bằng lưu lượng

​

​

​

Phương trình cân bằng lực

​

​

​

Chuyển qua phương trình Laplace

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

130

Thay phương trình cân bằng lực vào phương trình cân bằng lưu lượng

​

​

​

Hàm truyền hệ hở sẽ là

​

​

​

Đặt:

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

131

Phương trình viết lại

​

​

​

​

​

Công thức trên là mô hình toán của một khâu dao động và một khâu tích phân,

Trong đó: ω - tần số dao động riêng của khâu dao động;

Z - hệ số tắt dần của khâu dao động.

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

132

Sơ đồ khối hệ hở và sơ đồ khối của hệ phản hồi đơn vị được thể hiện trên hình

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

133

Sơ đồ khối hệ hở và sơ đồ khối của hệ phản hồi đơn vị được thể hiện trên hình

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

134

Ví dụ: Xác định giá trị hàm truyền và mô hình hóa hệ thống sau:

α = f(t);

X = 100 lít/phút;

λ = 0,1;

p = 10 bar;

Q =αX;

F = 10 cm^2;

V = 60 cm^3;

B = 50 kg/cm.s2;

y = f(t);

m = 30kg.

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

135

Ví dụ: Xác định giá trị hàm truyền và mô hình hóa hệ thống sau:

α = f(t);

X = 100 lít/phút = 1666 cm^3/s;

λ = 0,1;

p = 10 bar;

Q =αX;

F = 10 cm^2;

V = 60 cm^3;

B = 50 kg/cm.s^2;

y = f(t);

m = 30kg.

K=166; ω_n = 5sqrt(⅔); 2.Z/ω_n= 0,03

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

136

Ví dụ: Xác định giá trị hàm truyền và mô hình hóa hệ thống sau:

α = f(t);

X = 100 lít/phút = 1666 cm^3/s;

λ = 0,1;

p = 10 bar;

Q =αX;

F = 10 cm^2;

V = 60 cm^3;

B = 50 kg/cm.s^2;

y = f(t);

m = 30kg.

K=166; ω_n = 5sqrt(⅔); 2.Z/ω_n= 0,03

Hàm truyền truyền hệ hở

​

​

​

​

​

Hàm truyền hệ kín

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

137

Ví dụ: Xác định giá trị hàm truyền và mô hình hóa hệ thống sau:

K=166; ω_n = 5sqrt(⅔); 2.Z/ω_n= 0,03

Hàm truyền hệ kín

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

138

Ví dụ: Xác định giá trị hàm truyền và mô hình hóa hệ thống sau:

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

139

Ví dụ: Xác định giá trị hàm truyền và mô hình hóa hệ thống sau:

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

140

Mô hình điều khiển hệ thủy lực chuyển động tịnh tiến sử dụng van servo

m -Khối lượng chuyển động;

F1 -Diện tích của piston;

p1 -áp suất cung cấp của van;

KA-Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại;

Kv -Hệ số khuếch đại của van;

KC - Hệ số khuếch đại của khâu phản hồi;

I -Dòng điện điều khiển van servo;

x -Hành trình của khối lượng M;

U -Điện áp điều khiển;

K0 -Hệ số thoát dầu của van servo

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

141

Hình là một mô hình điều khiển hệ thủy lực chuyển động tịnh tiến sử dụng van servo

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

142

Nếu bỏ qua biến dạng đàn hồi của dầu trong các buồng làm việc của xylanh và đường ống; không tính đến ảnh hưởng của lực ma sát; van servo và bộ khuếch đại được coi là các khâu khuếch đại. Ta có các phương trình sau:

a- Khi không có phản hồi

- Trường hợp x > 0

​

​

Phương trình Laplace

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

143

Từ ta thiết lập được sơ đồ khối như ở hình

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

144

Như vậy hàm truyền hệ hở sẽ là

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

145

b- Khi có phản hồi (hệ kín với x > 0)

ta có sơ đồ khối hệ kín hình. Hàm truyền hệ kín sẽ là

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

146

b- Khi có phản hồi (hệ kín với x > 0)

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

147

b- Khi có phản hồi (hệ kín với x > 0)

Viết lại

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

148

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng bơm dầu

Xét sơ đồ điều khiển động cơ dầu bằng bơm dầu có phản hồi như ở hình

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

149

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng bơm dầu

x -Tín hiệu điều khiển bơm đầu;

a -Hệ số điều chỉnh bơm dầu;

Q -Lưu lượng cung cấp của bơm;

λ -Hệ số tổn thất lưu lượng;

p -áp suất làm việc của động cơ dầu;

Dm -Hệ số kết cấu của động cơ dầu;

V -Thể tích chứa dầu trong buồng công tác;

J -Giá trị của mômen quán tính trên trục động cơ dầu;

Ω -Vận tốc góc của trục động cơ dầu;

θ -Góc quay của trục động cơ dầu;

B -Môđun đàn hồi của dầu;

Kc-Hệ số khuếch đại của khâu phản hồi.

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

150

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng bơm dầu

Nếu bỏ qua ma sát của các bộ phận chuyển động trên trục động cơ dầu, không tính đến tải trọng ngoài, trục chỉ có một giá trị mômen quán tính J,.v.v. ta sẽ có các phương trình mô tả hoạt động của hệ thống như sau

Phương trình cân bằng lưu lượng

​

Phương trình cân bằng lực

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

151

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng bơm dầu

Phương trình Laplace

​

​

Phương trình trên viết lại là

​

Hàm truyền

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

152

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng bơm dầu

Với

Trong đó : K - hệ số khuếch đại;

Z - hệ số tắt dần;

ω_n - tần số dao động riêng của cụm động cơ dầu

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

153

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng bơm dầu

Sơ đồ khối của hệ hở và hệ kín như ở hình

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

154

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng bơm dầu

Từ đó ta xác định hàm truyền hệ kín

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

155

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng van servo

Sơ đồ trên hình phần tử điều khiển là bơm dầu, còn ở sơ đồ trên là van servo. Tương tự như trường hợp mục trên ta cũng có các phương trình sau

Phương trình lưu lượng

Phương trình cân bằng lực

​

Phương trình Laplace

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

156

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng van servo

Tương đương

​

​

​

Thay vào:

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

157

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng van servo

Hàm truyền hệ hở

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

158

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng van servo

Đặt

​

​

​

​

Ta có

K - hệ số khuếch đại của khâu dao động;

T₁,T₂ - các hằng số thời gian;

ω₀ - tần số dao động riêng của hệ hở;

ξ - hệ số tắt chấn của hệ hở

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

159

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng van servo

Sơ đồ khối của hệ hở theo hàm truyền

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

160

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng van servo

Hàm truyền đối với hệ kín : Nếu bộ khuếch đại và van servo được coi là khâu khuếch đại thì ta sẽ có các quan hệ theo các công thức sau :

Dựa vào sơ đồ khối hệ hở ở hình trên và các quan hệ ta xây dựng được sơ đồ khối hệ kín ở hình sau

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

161

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng van servo

Đặt

​

Ta có

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

162

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng van servo

Rút gọn

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

163

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng van servo

Đặt

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.3. Hàm truyền đạt hệ thống thủy khí (2 tiết)

164

Hệ thuỷ lực chuyển động quay điều khiển bằng van servo

Công thức trên là mô hình của một khâu dao động và một khâu tích phân lý tưởng. Sơ đồ khối của hệ kín thể hiện ở hình sau

​

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

3.4. Phần mềm Automation và bài tập (2 tiết)

165

Cài đặt và hướng dẫn sử dụng

• Tính toán áp suất và lưu lượng qua van khi chưa có bộ điều khiển

• Xác định hàm truyền kín của hệ thống có bộ điều khiển PI

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

Bài tập số 1

166

Xây dựng hàm truyền cho hệ thống điều khiển thủy khí sau

3.4. Phần mềm Automation và bài tập (2 tiết)

Chương 3: HÀM TRUYỀN HỆ THỐNG THUỶ KHÍ (8t)

Bài tập số 2

167

Thiết lập hàm truyền Kín của hệ thống sau

3.4. Phần mềm Automation và bài tập (2 tiết)

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

4.3. Sơ đồ điều khiển điện thủy khí (2 tiết)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển PID (2 tiết)

​

168

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

169

Bộ khuếch đại

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

170

Bộ khuếch đại

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

171

Môđun hiệu chỉnh độ dốc

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

172

Môđun hiệu chỉnh độ dốc

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

173

Bộ khuếch đại dốc

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

174

Bộ khống chế

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

175

Bộ đảo tín hiệu

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

176

Bộ khuếch đại công suất

Bộ đóng cắt

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

177

Bộ so sánh và khuếch đại

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

178

Điện áp cung cấp là U0 có hành trình lớn nhất là L, khi con trượt di chuyển, tùy thuộc vào vị trí của con trượt x mà sẽ cho điện áp ra Ux tương ứng. Ta có quan hệ sau

​

Bộ đo vị trí

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

179

Điện áp cung cấp là U0 có hành trình lớn nhất là L, khi con trượt di chuyển, tùy thuộc vào vị trí của con trượt x mà sẽ cho điện áp ra Ux tương ứng. Ta có quan hệ sau

​

​

​

​

KC là hệ số khuếch đại của cảm biến

​

Bộ đo vị trí

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

180

Ví dụ : Nghiên cứu sơ đồ điều khiển vị trí như hình ta thấy: Điện áp cung cấp là ± 5 V, tức là khi pittông ở vị trí giữa thì Ux=0 = 0 . Hệ số khuếch đại của cảm biến là

​

​

Nếu x = 5 cm thì

UX = KC.x = 1x 5 = 5 V

Nếu x = - 4 cm

thì UX = 1.( - 4) = - 4 V

Bộ đo vị trí

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

181

Hiện nay người ta còn sử dụng loại cảm biến xung. Cảm biến xung đặt ngay trong cần dẫn của pittông-xylanh (hình). Lõi sắt từ là bộ phận nhận và truyền xung

​

Bộ đo vị trí

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

182

Giới thiệu cấu trúc một hệ thống đo chiều dài số theo nguyên tắc quang - điện (hay gọi là thước đo quang điện) kiểu gia số.

Bộ đo vị trí

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

183

Cảm biến điện trở và cảm biến không tiếp xúc RVDT đo góc quay có nguyên lý

hoạt động tương tự như cảm biến đo chiều dài, chỉ khác nhau về mặt kết cấu. Đối với

biến trở đo góc quay thì có dạng hình tròn, con trượt quay quanh tâm của biến trở

Bộ đo góc

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

184

Như sơ đồ ví dụ trên hình

​

​

Trong đó : KC - hệ số khuếch đại của cảm biến;

θx - góc quay

và Ux - điện áp ra.

​

Bộ đo góc

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

185

Để đo vận tốc góc người ta sử dụng máy phát tốc. Máy phát tốc có thể gọi là tachometer- generator viết tắt là tacs- gen. Thiết bị này về cơ bản giống máy phát điện một chiều DC kiểu nam châm vĩnh cửu

​

Bộ đo vận tốc

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

186

Nếu nối máy trên với một bộ truyền bánh răng- thanh răng hoặc vít me (chuyển từ vận tốc dài thành vận tốc góc) thì có thể sử dụng để làm cảm biến đo tốc độ dài. Bộ phát tốc cũng có thể đo gián tiếp thông qua lưu lượng chảy qua van

​

Bộ đo lưu lượng

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

187

Trong hệ điều khiển thủy lực để điều khiển lực và mômen xoắn đơn giản nhất là sử dụng cảm biến đo áp suất. Đo theo áp suất là phương pháp đo gián tiếp, có độ chính xác thấp hơn đo trực tiếp lực hoặc mômen xoắn. Các loại cảm biến dùng trong mạch điều khiển tải trọng nói chung đều sử dụng nguyên lý đo sức căng nh- dùng tấm điện trở đo ứng suất thông qua biến dạng, màng đàn hồi khí nén, các khâu đàn hồi tuyến tính như lò xo, cầu chữ U... Tuy nhiên các ứng dụng trên đều liên quan đến bộ tạo điện áp ra. Điện áp ra phải tỷ lệ với áp suất, lực hoặc mômen xoắn.

​

Bộ đo áp suất, lực , mômen

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

188

Đo áp suất

​

Bộ đo áp suất, lực , mômen

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.1. Các phần tử điện trong thủy khí (2 tiết)

​

189

VD: Cảm biến vị trí

• Analog: Cho điện trở vòng tròn 270 độ, cấp điện áp U0 = 12 V, Xác định vị trí Delta của động cơ dầu biết rằng điện áp Ux phản hồi đo được 8V.
• Digital: Cho Encoder có xung 1000 xung /vòng. Tế bào quang điện đọc được 750 xung/s. Xác định góc quay Deta và Vận tốc Omega.

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

190

Ví dụ

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

191

Van solenoid trong hệ điều khiển vị trí

Van solenoid đóng mở : Loại van này chỉ thực hiện nhiệm vụ đóng mở các đường dẫn dầu đến xylanh (hoặc động cơ dầu), mà không có tác dụng điều khiển lưu lượng dầu. Sơ đồ và đặc tính làm việc của van thể hiện ở hình

​

Dòng điện cung cấp cho van có thể là một chiều (DC) hoặc xoay chiều (AC). Tùy

theo kích thước của van mà thời gian đóng mở trong phạm vi 20 - 100 ms

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

192

Van solenoid trong hệ điều khiển vị trí

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

193

Van solenoid trong hệ điều khiển vị trí

Khi cho tín hiệu điện áp vào C, bộ khuếch đại sẽ tạo ra dòng I tương ứng để điều khiển tiết diện chảy của van. Lưu lượng qua van cung cấp cho xylanh làm pittông di chuyển. Cảm biến vị trí dạng biến trở gắn trên đầu của pittông cũng di chuyển, tạo ra điện áp phản hồi (F) truyền về bộ khuếch đại và so sánh với điện áp điều khiển (C) nhằm san bằng sự sai lệch E. Khi điện áp so sánh có sai lệch E = 0 thì pittông sẽ dừng ở vị trí tương ứng.

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

194

Van solenoid trong hệ điều khiển vị trí

Khi pittông ở vị trí 0 thì điện áp phản hồi phải báo giá trị bằng 0 V. Khi pittông ở vị trí max (h = 1000 mm) thì cảm biến vị trí có giá trị + 10 V. Tương ứng với mối quan hệ đó tín hiệu điện áp điều khiển thay đổi từ 0 đến +10v. Khi vào bộ so sánh, tín hiệu phản hồi ngược dấu với tín hiệu vào và thực hiện san bằng điện áp.

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

195

Van solenoid trong hệ điều khiển vị trí

Ví dụ, cần điều khiển pittông di chuyển đi 500mm thì tín hiệu vào dạng step sẽ tương đương là +5 vôn. Khi pittông chưa di chuyển (ở thời điểm ban đầu) thì tín hiệu phản hồi F = 0 và lúc này tín hiệu so sánh là E = C - F = 5V - 0 = 5V. Bộ khuếch đại có tín hiệu vào 5V sẽ sinh ra dòng điện tương ứng để điều khiển van. Giả sử 5V tương ứng với vận tốc của pittông là 200mm/s và di chuyển hết quãng đường là 500mm với thời gian là 2,5s. Sau 1s pittông di chuyển được 200 mm/s tương ứng với tín hiệu phản hồi F là 2V và tín hiệu so sánh sẽ là : 5V - 2V = 3V. Nếu tín hiệu so sánh giảm từ 5V xuống còn 3V thì vận tốc pittông giảm từ 200mm/s xuống còn 120mm/s

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

196

Van solenoid trong hệ điều khiển vị trí

Hành trình của pittông di chuyển sau 2s là : 200 + 120 = 320mm. Cứ tiếp tục quá trình này cho đến khi tín hiệu so sánh E = 0 thì pittông di chuyển hết hành trình trong khoảng thời gian 2,5s. Để thời gian đáp ứng nhanh ta có thể tăng tốc độ chuyển động của pittông bằng cách tăng hệ số khuếch đại.

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

197

Van solenoid trong hệ điều khiển vị trí

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

198

Động cơ trong hệ điều khiển vị trí

Sơ đồ hệ thống điều khiển được xây dựng như trên hình

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

199

Động cơ trong hệ điều khiển vị trí

U-Tín hiệu điều khiển;

E-Tín hiệu so sánh;

KA-Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại A;

I-Dòng điện điều khiển;

KV-Hệ số khuếch đại của van;

Q-Lưu lượng cung cấp của van;

λ-Hệ số tổn thất lưu lượng;

pS-áp suất cung cấp;

pT-áp suất ra khỏi van;

p-áp suất làm việc của động cơ thủy lực;

Dm-Hệ số kết cấu của động cơ thủy lực;

V-Thể tích chứa dầu trong buồng công tác;

B-Môđun đàn hồi của dầu;

J-Giá trị của mômen quán tính khối lượng quy đổi về trục động cơ thủy lực;

Ω-Vận tốc góc của rôto;

θ-Góc quay của rôto;

Kc-Hệ số khuếch đại của cảm biến vị trí; F-Tín hiệu phản hồi;

H-Hành trình dịch chuyển tịnh tiến của bàn công tác;

tX- Bước của vít me bi

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

200

Động cơ trong hệ điều khiển vị trí

Phương trình cân bằng lưu lượng

​

​

Phương trình cân bằng mômen trên trục rôto

​

​

​

Quan hệ giữa dòng điện điều khiển van với tín hiệu điều khiển và tín hiệu phản hồi là

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

201

Động cơ trong hệ điều khiển vị trí

Quan hệ giữa lượng dịch chuyển của bàn công tác H và góc quay của trục rôto θ là

​

​

​

Để thiết lập được sơ đồ khối của mạch điều khiển vị trí, trước hết ta nghiên cứu quan hệ giữa lưu lượng cung cấp của van Q và góc quay của trục rôto θ.

Từ phương trình lưu lượng và momen ta có

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

202

Động cơ trong hệ điều khiển vị trí

Phương trình Laplace

​

​

​

​

Hàm truyền

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

203

Động cơ trong hệ điều khiển vị trí

Trong đó

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

204

Động cơ trong hệ điều khiển vị trí

Ta lập được sơ đồ khối của mạch điều khiển như sau

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.2. Các hệ thống điều khiển vị trí (2 tiết)

205

Động cơ trong hệ điều khiển vị trí

Ta tính được hệ số khuếch đại của hệ thống trên là

​

​

​

​

Thời gian không đổi

​

​

​

Các thông số chính: p=35 kg/cm2; Q=11 l/p; m=5 kg; Dm=12 cm3/rad; KC= 0,327 V/cm; KV=11,5 (cm3/s)/mA; β=1,4.107 kg/cm2 ; tX = 4 mm.

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.3. Sơ đồ điều khiển điện thủy khí (2 tiết)

206

Mô hình điều khiển tốc độ của động cơ thủy lực khi sử dụng van servo

Đây là một mạch điều khiển hệ kín và tuyến tính, cơ cấu chấp hành đã được thu gọn về trục động cơ thủy lực qua giá trị của mômen quán tính khối lượng J.

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.3. Sơ đồ điều khiển điện thủy khí (2 tiết)

207

Mô hình điều khiển tốc độ của động cơ thủy lực khi sử dụng van servo

U- Tín hiệu điều khiển ;

E- Tín hiệu so sánh;

F- Tín hiệu phản hồi;

I- Dòng điện điều khiển điều khiển van servo;

KV- Hệ số khuếch đại của van servo;

K0- Hệ số thoát dầu

qua van servo;

Q- Lưu lượng cung cấp của van;

pS - áp suất cung cấp;

pT- áp suất ra khỏi van;

p- áp suất làm việc của động cơ thủy lực;

f- Hệ số ma sát nhớt;

Dm- Hệ số kết cấu của động cơ thủy lực; V- Thể tích chứa dầu trong buồng công tác động cơ thủy lực;

B- Môđun đàn hồi của dầu;

J- Giá trị của mômen quán tính quy đổi về trục động cơ thủy lực;

Ω- Vận tốc góc của trục động cơ thủy lực; Kc- Hệ số khuếch đại của cảm biến tốc độ; KA- Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.3. Sơ đồ điều khiển điện thủy khí (2 tiết)

208

Mô hình điều khiển tốc độ của động cơ thủy lực khi sử dụng van servo

Ngoài các giả thiết như bài toán ở ví dụ 1, bài tóan này có tính đến ma sát nhớt trên trục động cơ. Phương trình mô tả hoạt động của hệ thống như sau

​

​

​

​

​

Phương trình Laplace

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.3. Sơ đồ điều khiển điện thủy khí (2 tiết)

209

Mô hình điều khiển tốc độ của động cơ thủy lực khi sử dụng van servo

Phương trình Laplace

​

​

​

​

​

Suy ra

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.3. Sơ đồ điều khiển điện thủy khí (2 tiết)

210

Mô hình điều khiển tốc độ của động cơ thủy lực khi sử dụng van servo

Đặt

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.3. Sơ đồ điều khiển điện thủy khí (2 tiết)

211

Mô hình điều khiển tốc độ của động cơ thủy lực khi sử dụng van servo

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.3. Sơ đồ điều khiển điện thủy khí (2 tiết)

212

Từ quan hệ giữa các bộ phận và hàm truyền của chúng, sơ đồ khối của hệ trên có thể rút gọn như ở hình

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

213

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động tịnh tiến

áp suất và lưu lượng dầu cung cấp cho xylanh thủy lực là hai đại lượng quan trọng đảm bảo cho hệ truyền được tải trọng, vận tốc hoặc vị trí cần thiết.

Để tính toán các đại lượng trên ta hãy phân tích sơ đồ

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

214

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động tịnh tiến

- Lực quán tính

​

​

​

- Lực ma sát

​

​

- Lực ma sát trong xylanh FS thường bằng 10% lực tổng cộng, nghĩa là

​

​

- Lực do tải trọng ngoài FE

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

215

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động tịnh tiến

- Lực tổng cộng tác dụng lên pittông sẽ là

​

​

​

hoặc theo hệ Anh

Trong các công thức trên :

m - khối lượng chuyển động, kg;

WL - trọng lực, (lbf);

a - gia tốc chuyển động, cm/s^2 (in/s2);

FC - lực ma sát của bộ phận chuyển động, daN (lbf);

FE - ngoại lực, daN (lbf);

Fs - lực ma sát trong pittông-xylanh, daN (lbf)

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

216

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động tịnh tiến

Phương trình cân bằng pittông

​

​

​

Đối với xylanh không đối xứng thì lưu lượng ra và vào không bằng nhau

​

​

​

Độ sụt áp qua van sẽ tỷ lệ với bình phương hệ số diện tích R, nghĩa là

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

217

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động tịnh tiến

trong đó : P1và P2 - áp suất ở 2 buồng của xylanh;

PS - áp suất dầu cung cấp cho van;

PT - áp suất dầu ra khỏi van;

A1 và A2 - diện tích hai phía của pittông.

Từ công thức trên ta tìm được P1 và P2 như sau

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

218

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động tịnh tiến

Lưu lượng dầu vào xylanh để pittông chuyển động với vận tốc cực đại là

​

​

​

Nếu tính theo hệ Anh thì

​

​

​

​

Lưu lượng dầu qua van ứng với độ sụt áp 35 bar (500 PSI) là

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

219

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động tịnh tiến

Lưu lượng dầu qua van ứng với độ sụt áp 35 bar (500 PSI) là

​

​

​

​

Với cách phân tích như trên khi pittông làm việc theo chiều ngược lại thì

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

220

Bài tập

​

Cho hệ thống thủy lực chuyển động tịnh tiến có sơ đồ như trên hình.

Hãy xác định lưu lượng cung cấp của van.

Xét hành trình dương (x+) ta có :

Lực tổng cộng tác dụng lên pittông là

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

221

Bài tập

Lực tổng cộng tác dụng lên pittông là

​

​

​

​

​

Thay các số liệu vào công thức trên ta được

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

222

Bài tập

Gần đúng lấy

​

​

Xác định áp suất P1 và P2 như sau

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

223

Bài tập

Xác định lưu lượng QL và QR như sau

​

​

​

Xét hành trình âm (x), tức là pittông chuyển động theo chiều ngược lại và giả thiết là

vmax, a, FE có giá trị như bài toán trên nhưng có chiều ngược lại. Lực tổng cộng F tính

ra cũng sẽ bằng 4450 daN. áp suất P1, P2 và lưu lượng QL, QR là

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

224

Bài tập

Như vậy khi chọn van cần quan tâm hai yếu tố quan trọng là khả năng chịu áp suất và lưu lượng qua van, nghĩa là phải đảm bảo được P ≥ 187 bar và QR ≥ 84 l/p.

Bài toán trên nếu tính theo hệ Anh sẽ cho các giá trị sau

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

225

Bài tập

Như vậy khi chọn van cần quan tâm hai yếu tố quan trọng là khả năng chịu áp suất và lưu lượng qua van, nghĩa là phải đảm bảo được P ≥ 187 bar và QR ≥ 84 l/p.

Bài toán trên nếu tính theo hệ Anh sẽ cho các giá trị sau.

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

226

Bài tập

Trường hợp pittông làm việc theo chiều ngược lại và với các giả thiết như tính theo hệ mét, ta có

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

227

Bài tập

Áp dụng tính P, Q cho chuyển động tịnh tiến

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

228

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động quay

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động quay cũng được phân tích như hệ chuyển động thẳng.

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

229

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động quay

Mômen xoắn tác động lên trục động cơ dầu bao gồm:

- Mômen do quán tính: Ma = j.a, N.m (lbfin)

J - mômen quán tính khối lượng trên trục động cơ dầu, (Nms^2), (inlbs^2).

a - gia tốc góc của trục động cơ dầu, (rad/s^2).

- Mômen do ma sát nhớt trên trục động cơ dầu MD , (Nm), (lbfin).

- Mômen do tải trọng ngoài ML, (Nm), (lbfin)

- Mômen xoắn tổng cộng sẽ là: M = J. a + MD + ML , Nm (lbfin)

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

230

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động quay

Theo phương pháp tính toán như hệ chuyển động thẳng, áp suất P1 và P2 trong hệ

chuyển động quay được xác định theo công thức sau

​

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

231

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động quay

Lưu lượng để làm quay trục động cơ dầu với vận tốc nm là

​

​

​

trong đó : nm - số vòng quay lớn nhất của trục động cơ dầu, v/p;

D - thể tích riêng của động cơ dầu, cm^3/vg (in^3/vg).

Lưu lượng cung cấp của van được xác định là

​

​

​

​

Trường hợp mômen xoắn tác động theo cả hai chiều thì chiều ngược lại cũng được tính tương tự như trên và lấy giá trị lớn nhất QR để chọn van

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

232

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động quay

Bài tập: Xác định lưu lượng cung cấp của van cho hệ thủy lực chuyển động quay có sơ đồ như trên hình.

Các số liệu của sơ đồ trên hình là:

nm = 95 v/p ; a = 100 rad/s^2;

J = 0,2 N.m.s^2 (1,77 lbfins^2);

ML = 30 N.m (266 lbfin); MD = 6,5 N.m (58 lbfin);

D = 82 cm^3/vg (5 in^3/vg) ; PS = 210 bar (3000 PSI);

PT = 0

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

233

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động quay

Bài tập: Xác định lưu lượng cung cấp của van cho hệ thủy lực chuyển động quay có sơ đồ

như trên hình. Dựa vào các công thức tính toán đối với hệ chuyển động quay như đã trình bày ở trên ta xác định như sau

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.4. Tính toán áp suất và lưu lượng (2 tiết)

234

Hệ thủy lực thực hiện chuyển động quay

Tính theo hệ Anh

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

235

Khâu khuếch đại

Đòn bẩy ở hình hoạt động như một bộ khuếch đại (p) với hệ số khuếch đại là KP. Hoặc lực quán tính và gia tốc quan hệ là F = m.a; điện áp và dòng điện quan hệ là U = R.I đều là các khâu khuếch đại, có thể gọi đó là các phần tử P.

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

236

Khâu quán tính (P - T1)

Ví dụ xylanh thủy lực có pittông mang khối lượng m chuyển động với vận tốc v thì phương trình cân bằng lực là

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

237

Khâu quán tính (P - T1)

Mô hình tính toán của khâu quán tính P - T1 có dạng

​

​

​

Ví dụ xylanh thủy lực có pittông mang khối lượng m chuyển động với vận tốc v thì phương trình cân bằng lực là

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

238

Khâu dao động

Mô hình có dạng

​

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

239

Khâu dao động

Mô hình có dạng

​

​

​

trong đó : T - hằng số thời gian;

Dz - hệ số tắt dần;

K - hệ số khuếch đại.

Ví dụ: mô hình của cụm xylanh thủy lực như trên hình có phương trình lực là

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

240

Khâu dao động

Đặt

​

​

​

Thì ta có

​

​

- Khi Dz >1 thì đặc tính thời gian có dạng như ở hình, đặc tính này chỉ có ý nghĩa về mặt toán học.

- Khi Dz <1 thì đặc tính thời gian có dạng như ở hình, đây là trường hợp gặp trong thực tiễn. Với tần số là

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

241

Khâu tích phân

Mô hình toán của khâu tích phân thể hiện là tín hiệu ra bằng tích phân của tín hiệu vào

​

​

​

KI là hệ số khuếch đại của khâu tích phân.

Ví dụ: Hành trình của pittông- xylanh tính theo lưu lượng vào là

​

​

​

A là diện tích của pittông và KI là hệ số khuếch đại của khâu tích phân.

Góc quay θ của trục động cơ dầu phụ thuộc vào vận tốc góc của chúng là

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

242

Khâu vi phân

Mô hình toán của khâu vi phân thể hiện tín hiệu ra tỷ lệ với vi phân tính hiệu vào

​

​

​

Ví dụ quan hệ giữa dòng điện và điện áp qua tụ điện C thể hiện theo công thức là

​

​

​

​

trong đó : KD = C - hệ số khuếch đại của khâu D;

Ic - dòng điện là tín hiệu ra;

Uc- điện áp là tín hiệu vào.

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

243

Khâu vi phân

Ví dụ quan hệ giữa dòng điện và điện áp qua tụ điện C thể hiện theo công thức là

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

244

Khâu trễ

Cân bằng định lượng trên hình có các phương trình mô tả sau.

Thời gian vật liệu đi hết quãng đường L trên cân bằng là

​

​

​

với L- chiều dài băng ;

v - vận tốc băng

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

245

Khâu trễ

Chiều cao vật liệu trong bể chứa

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

246

Khâu phối hợp PI

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

247

Khâu phối hợp PD

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

248

Khâu phối hợp PD - T

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

249

Khâu phối hợp PID

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

250

Khâu phối hợp PID-T

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

251

Phương pháp thiết kế tối ưu mô dun

Hệ hở là làm quán tính bậc nhất

Ví dụ: Thiết kế bộ điều khiển cho hàm truyền hở sau:

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

252

Phương pháp thiết kế tối ưu mô dun

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

253

Phương pháp thiết kế tối ưu mô dun

Hệ hở là làm quán tính bậc hai

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

254

Ví dụ: Thiết kế bộ điều khiển cho hàm truyền hở sau:

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

255

Phương pháp thiết kế tối ưu mô dun

Hệ hở là làm quán tính bậc 3

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

256

Ví dụ: Thiết kế bộ điều khiển cho hàm truyền hở sau:

​

​

​

​

​

T1=1, T2=1, T3=0,2, K=2

​

Kp=0,5;

Ti=2;

Td=½;

​

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

257

Bài toán điều khiển

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

258

Xác định phương trình cân bằng lực và phương trình cân bằng lưu lượng của pittong

Xác định hàm truyền hở và kín của hệ thống khi chưa có bộ điều khiển

Tính toán áp suất và lưu lượng qua van khi chưa có bộ điều khiển

Thiết kế bộ điều khiển và khảo sát ổn định của hệ thống

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

259

Bài toán điều khiển

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

4.5. Thiết kế bộ điều khiển (2 tiết)

260

Bài toán điều khiển

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

Đơn vị

261

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

Đơn vị

262

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

Đơn vị

263

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (10t)

Đơn vị

264

Chương 5: HỆ THỐNG CÁC BÀI THỰC HÀNH

1. Bài số 1: Hướng dẫn sử dụng phần mềm Automation Studio (1 buổi)
2. Bài số 2: Mô hình các thiết bị điều khiển thủy khí trên Automation Studio (1 buổi)
3. Bài số 3: Điều khiển thủy khí chuyển động tịnh tiến trên Automation Studio (2 buổi)
4. Bài số 4: Điều khiển thủy khí chuyển động quay trên Automation Studio (2 buổi)
5. Bài số 5: Lắp đặt mô hình điều khiển thủy khí relay (2 buổi)
6. Bài số 6: Lắp đặt mô hình điều khiển thủy khí PLC (2 buổi)

265

ÔN TẬP

Đề thi

266

Thank you

For your attention

267