ĐÁP án đề THI môn tự động điều chỉnh và điều khiển hệ động lực tàu thủy

Muốn giữ cho vòng quay hệ thống không thay đổi n B = const thì phải giảm lượng nhiên liệu cấp cho chu trình để đường đặc tính động cơ đi qua điểm K.. Để chuyển đến đường đặc tính bộ phậ

Ngành học: Máy tàu thủy

Hệ đào tạo: Chính quy

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG THI

Trưởng bộ môn Nguyễn Mạnh Thường

Câu 1 (15 điểm): Hãy trình bày nguyên tắc điều khiển theo sai lệch của đại lượng điều khiển, ưu nhược điểm của nguyên tắc này.

Câu 2 (15 điểm): Phân tích sự cần thiết phải lắp bộ điều tốc cho động cơ Diesel trong trường hợp động cơ lai chong chóng

Câu 3 (15 điểm): Hãy tính hàm số truyền Y/X của hệ có sơ đồ cấu trúc như trên hình vẽ.

Lµm m¸t khÝ n¹p

BÇu gãp khÝ x¶

Nhiªn liÖu BCA

BÇu gãp khÝ n¹p

§éng c¬

Câu 5 (35 điểm): Trình bày nguyên lý làm việc của bộ điều tốc thủy lực lắp trên động cơ 2D-100 trong trường hợp muốn tăng tốc động cơ.

Chú ý: Sinh viên không được tự ý tẩy xóa, thêm bớt, làm bẩn hoặc hỏng phiếu thi.

Trong hệ thống có thiết bị đo và so sánh trị số thực tế của đại lượng điều khiển y(t) so với trị số đặt trước và điều khiển nó theo kết quả so sánh đó, tức là hệ thống có phần tử cảm ứng đóng vai trò là một phần tử phản hồi chính khép kín hệ thống

C u

Hình 1.6 Hệ thống điều khiển theo nguyên tắc sai lệch.

Ưu điểm của nguyên tắc này là:

- Nó có thể thực hiện được những qui luật biến đổi khác nhau đối với đại lượng điều khiển như: duy trì không đổi, thay đổi theo chương trình, tuỳ động…

- Nó là nguyên tắc có thể nói là vạn năng và được áp dụng có kết quả, vì nó cho phép điều khiển được những đối tượng không ổn định, biến đổi đại lượng điều khiển theo qui luật mong muốn với độ lệch của đại lượng điều khiển tương đối nhỏ và không kể nguyên nhân gây ra độ lệch

- Nguyên tắc này tương đối phổ biến và được áp dụng tương đối rộng rãi trong kỹ thuật

Những nhược điểm cơ bản là:

- Thời gian điều khiển chậm vì khi nào có độ lệch ở đại lượng điều khiển mới có khả năng tác động điều khiển (phản ứng từ kết quả)

- Có khả năng xuất hiện những dao động không tắt dần trong hệ thống điều khiển

- Đôi khi cần cung cấp thêm vào hệ thống nguồn năng lượng phụ trợ (bổ xung) làm cho hệ thống phức tạp thêm

Câu 2 (15 điểm):

Xét trường hợp động cơ lai chong chóng Hình 6.4 biểu diễn đặc tính làm việc đồng thời của động cơ (các đường 1, 2, 3, 4) với thiết bị tiêu thụ năng lượng là chong chóng tàu thuỷ (các đường I, II, III, IV) Điểm giao nhau của chúng: A, B, C… đặc trưng cho các chế độ làm việc ổn định, vì tại đó mômen quay bằng mômen cản

Ta xét điểm B (điểm giao nhau của hai đường đặc tính 2 và II) là điểm làm việc ổn định của hệ thống, tương ứng với vòng quay của hệ thống là nB Thay đổi điều kiện ngoài của máy công tác hay chất lượng làm việc của động cơ thì chế độ làm việc ổn định của hệ thống bị phá vỡ Giả sử tàu hoạt động trong điều kiện sóng gió, chong chóng nhô lên khỏi mặt nước, sức cản giảm, đường đặc tính tiêu thụ ứng với đường IV (chong chóng nằm trong không khí) Do phụ tải giảm nhanh, công suất động cơ sinh ra lớn hơn công suất tiêu thụ, phần công suất dư làm tăng vòng quay hệ thống tới lúc cân bằng năng lượng

được hồi phục, tức là đạt tới chế độ ổn định mới (điểm E) Muốn giữ cho vòng quay hệ thống không

thay đổi (n B = const) thì phải giảm lượng nhiên liệu cấp cho chu trình để đường đặc tính động cơ đi qua

điểm K

Me

IVA

B

CL

ED

K

1

2 3

Hình 6.4 Đặc tính làm việc đồng thời động cơ và chong chóng.

1÷4- đặc tính tốc độ động cơ; 5- đặc tính điều chỉnh; I÷IV- đặc tính phụ tải

Ta xét điểm L trên đường đặc tính 1 là chế độ làm việc định mức, ∆n là độ chênh vòng quay cho phép khi cắt tải, thì khi giảm phụ tải (từ đường III đến IV), phần công suất dư sẽ làm tăng vòng quay hệ thống đến chế độ làm việc mới (điểm L1) Với chế độ này, vòng quay vượt quá giới hạn cho phép Để tránh quá tải về vòng quay, cần phải chuyển đến đường đặc tính bộ phận 2 của động cơ, ứng với chế độ làm việc mới là điểm E Để chuyển đến đường đặc tính bộ phận với mức độ thay đổi vòng quay không đáng kể cần tác động vào cơ cấu điều khiển, đẩy thanh răng về phía giảm lượng cấp nhiên liệu

Ngược lại, khi sức cản tăng lên, vòng quay giảm, cần phải tăng lượng cấp nhiên liệu

Như vậy, để vòng quay hệ trục không thay đổi hoặc thay đổi trong giới hạn cho phép thì phải đảm bảo mômen do động cơ phát ra cân bằng với mômen cản của thiết bị tiêu thụ năng lượng, điều đó được thực hiện bằng cách luôn luôn thay đổi lượng nhiên liệu cấp cho động cơ Trong quá trình khai thác, phụ tải luôn thay đổi phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài nên không thể điều khiển lượng nhiên liêụ cấp cho động cơ bằng tay được Ngoài ra động cơ Diesel rất nhậy cảm với chế độ tốc độ Nếu vòng quay khai thác vượt quá vòng quay cho phép, chất lượng công tác của chu trình xấu đi, làm giảm tính tin cậy, tăng suất tiêu hao nhiên liệu, giảm tuổi thọ của động cơ Vì thế cần phải đảm bảo động cơ làm việc trong khoảng vòng quay cho phép bằng bộ điều tốc Do vậy bố trí bộ điều tốc để tự động điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp trong mỗi chu trình sao cho công suất động cơ luôn cân bằng với công suất máy công tác

là điều rất cần thiết

Câu 3 (15 điểm):

H G X

dt

d

Ở trạng thái cân bằng ban đầu, có Me0 = Mc0 và ω=const Ở chế độ chuyển tiếp, mômen quay và mômen cản lệch khỏi giá trị ở trạng thái cân bằng ban đầu lần lượt là ∆Mevà ∆Mc Khi đó phương

trình chuyển động của động cơ – chong chóng là:

dt

d

(1.13)Mômen quay Me của động cơ tăng áp là hàm của 3 đại lượng h,ω và áp suất không khí tăng áp p.

Me h

h

Me Me

Me

Me

Me

p p h h p

p h h p

p h h

∆

∂

∂+

∆

∂

∂+

0 0 0

0 0 0

Mc Mc

Mc

Mc

Mc

N N N

N

∆

∂

∂+

0

ω (1.15)

Thay (1.14) và (1.15) vào phương trình (1.13), được:

N N

Mc p p

Me h h

Me Mc

∆

∂

∂+

ω

(1.16)

N P p

0 0

;

;h

hW;

thì phương trình (1.16) trở thành:

d

N

Mc P p p

Me H

h h

Me W

Me

∂

∂

, được:

d d p d

- hệ số ảnh hưởng của hệ thống tăng áp

Biến đổi Laplace hai vế của phương trình (1.18) với điều kiện đầu bằng không, được:

T

p

d d

αθ

++

Khi tăng tốc độ động cơ, ta quay cung răng 1 theo chiều kim đồng hồ, làm cho sức căng ban đầu của lò

xo điều tốc 3 tăng lên thắng lực ly tâm của quả văng 5, đẩy khớp trượt 4 đi xuống Con trượt 9 đi xuống làm cửa ống d mở, dầu từ bình ổn áp dầu 10 qua ống b được nạp vào xi lanh BKĐ 20 Khi đó lò xo 22 của BKĐ bị nén, cần 14 kéo thanh răng bơm cao áp lên trên về phía tăng lượng cấp nhiên liệu, làm vòng quay của động cơ tăng lên Khi tăng vòng quay, do tác động của quả văng, con trượt 9 dịch

chuyển lên phía trên, ống d thông với ống a (ống xả) Do độ chênh áp suất, lò xo 22 dãn ra đẩy piston

21 dịch chuyển xuống, dầu theo ống a chảy về két 11, do vậy cần 14 bị đẩy xuống về phía giảm lượng cấp nhiên liệu

Bộ điều tốc 2D-100 là bộ điều tốc có liên hệ ngược mềm bởi thế nó đảm bảo chế độ tốc độ không thay đổi ứng với các tải của động cơ Liên hệ ngược mềm của bộ điều tốc gồm piston chủ động 15, kim tiết lưu 16, lò xo 17 và con trượt 19 cùng với piston bị động 18 Khi piston 21 dịch chuyển lên trên (tăng vòng quay) thì piston 15 cũng dịch chuyển lên, gây ra áp suất dư trong khoang phía trên piston 15, do vậy piston 18 cùng con trượt 19 bị đẩy xuống dưới, làm cho lò xo 17 bị dãn, đồng thời con trượt 9 che kín lỗ trong con trượt 19, do vậy chấm dứt chảy dầu từ khoang dưới BKĐ Kết quả, sự dịch chuyển thanh răng của bơm về phía tăng nhiên liệu dừng lại

Tuy nhiên, quá trình điều chỉnh còn tiếp tục Áp suất dư trong các khoang phía trên piston chủ động 15, piston bị động 18 giảm xuống và piston 18 cùng với con trượt 19 từ từ đi lên nhờ dầu được xả về két

11 qua van kim tiết lưu16 và nhờ lò xo 17 co lại Con trượt 19, con trượt 9 dịch chuyển không tương ứng với nhau và dẫn tới hồi phục từ từ độ dịch chuyển cần 14 Quá trình điều chỉnh kết thúc chỉ khi con trượt 9 che kín lỗ trên con trượt 19, đồng thời lò xo 17 hết dãn nở Quá trình điều chỉnh có thể dừng ứng với vị trí bất kỳ của piston 21 (ứng với tải bất kỳ) nên đường đặc tính điều tốc là các đường thẳng đứng

Ngành học: Máy tàu thủy

Hệ đào tạo: Chính quy

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG THI

Trưởng bộ môn Nguyễn Mạnh Thường

Câu 1 (10 điểm): Hãy vẽ sơ đồ của hệ thống điều khiển liên kết nối tiếp các khâu, nêu đặc điểm của sơ

đồ này và tính hàm truyền của cả hệ thống

Câu 2 (15 điểm): Hãy trình bày về độ không đồng đều của bộ điều tốc

Câu 3 (15 điểm): Cho hệ có sơ đồ cấu trúc như hình vẽ Sử dụng tiêu chuẩn ổn định Routh xác định K

1- lò xo điều tốc; 2- khớp trượt; 3- quả văng; 4- cánh tay đòn chữ L; 5- mâm quay

Câu 5 (35 điểm): Trình bày nguyên lý làm việc của bộ điều tốc PGA trong trường hợp muốn giảm tốc động cơ

Chú ý: Sinh viên không được tự ý tẩy xóa, thêm bớt, làm bẩn hoặc hỏng phiếu thi.

Hình 2.32 Liên kết nối tiếp các khâu.

Hàm số truyền của hệ thống hở các khâu liên kết nối tiếp bằng tích hàm số truyền của tất cả các khâu tạo thành

1)(

(2.96)

Câu 2 (15 điểm):

Độ không đồng đều δ trong quá trình điều chỉnh vòng quay là tỷ số độ chênh giữa vòng quay động cơ

khi tăng từ 0 đến toàn tải (khi giữ nguyên đại lượng cho trước của bộ điều tốc) với vòng quay trung bình:

δ là mức độ sai số tĩnh của bộ điều tốc, nó đặc trưng cho

khả năng duy trì vòng quay ban đầu δ càng nhỏ chất

lượng bộ điều tốc càng cao, tuy nhiên khi đó thời gian

điều chỉnh tăng lên Trong trường hợp đường đặc tính

điều tốc vuông góc với trục hoành (δ = 0) gọi là đặc tính

siêu tĩnh hay phi tĩnh Trong trường hợp đường đặc tính

điều tốc có độ dốc (δ> 0) gọi là đặc tính tĩnh định Đối

với động cơ Diesel lai chong chóng δ = 0÷10%, với động

cơ Diesel lai máy phát điện δ = 0÷5%

Ne, %

20 40 60 80 100

K

; C15 = KVậy để hệ ổn định thì K phải thỏa mãn điều kiện: 9

14

0<K <

Câu 4 (25 điểm):

Để tìm phương trình động học của bộ cảm biến, ta khảo sát tất cả các lực tác động lên bộ cảm biến quy

x - dịch chuyển của khớp trượt so với vị trí lò xo không co dãn;

 - dịch chuyển của gối đỡ trên do tác động đặt trước tốc độ;

u - dịch chuyển của gối đỡ trên do tác dụng của phản hồi

- Lực ly tâm của cặp quả văng:

(R r)( )cω 2

m

trong đó:

m - là trọng lượng của cặp quả văng;

R - là khoảng cách từ gối đỡ cánh tay đòn chữ L đến trục quay bộ cảm biến;

r - là khoảng cách từ trọng tâm của quả văng đến gối đỡ cánh tay đòn chữ L;

ω- là tốc độ góc của trục khuỷu;

c - là tỷ số truyền giữa trục khuỷu động cơ và trục quay của bộ cảm biến

- Các lực ma sát tại các bề mặt chuyển động tương đối

- Trọng lực của cặp quả văng:

Ta quy lực ly tâm về khớp trượt Từ hình vẽ ta có:

2 2

1

1 1

a

b R

1

1 0

2 0 0 1

b c

x a

b R m a

b m c

x a

b R m

1 2

0 0 1

ω

(1.31)Giả sử ta tác động vào tay điều khiển đặt tốc độ một lượng dịch chuyển  so với vị trí cân bằng ban đầu Tác động này làm cho khớp trượt di động đúng một đoạn là x và thông qua các cơ cấu của điều tốc, phản hồi cũng dịch chuyển một đoạn là u Khi đó lực căng của lò xo điều tốc thay đổi một lượng

b m c

x a

1 2

0 0 1

x a

b R m a

b k

x c

1

1 1 2

b R m a

b k

X x c a

b m

0 0 1

1

1

1 0

0

2

0 1

Chia cả 2 vế của phương trình (1.34) cho

0

2

0 1

a

b m k

b m k

ku W

x c a

b m k

c x a

b R m a b

x c a

0

2

0 1 1

2 2 0 0 1

1

1 1

0

2

0 1 1 0

ωω

ψ

(1.35)Đặt:

0

2

0 1 1

0

x c a

b m

2 2 0 0 1

1 1

1

2

x c a

b m

k

c x a

b R

0

x c a

- là hệ số tác động của phản hồi

thì phương trình (1.35) trở thành:

U W

Nếu cân bằng bị phá vỡ, ví dụ khi muốn giảm tốc độ động cơ bằng cách giảm sức căng ban đầu của lò

xo điều tốc 10, lực căng lò xo 10 nhỏ hơn lực ly tâm của quả văng 11, làm con trượt 16 của BKĐ dịch

chuyển lên trên, mở cửa cấp dầu a Dầu ở bên trái piston chủ động 18 chảy về két nên piston 18 bị đẩy sang trái, do đó áp suất dầu ở khoang dưới piston servomotor 1 giảm, lò xo 3 đẩy 1 đi xuống, thông qua trục ra 2 đẩy thanh răng nhiên liệu về phía giảm lượng cấp nhiên liệu, làm cho vòng quay của động cơ giảm xuống Khi lực do dầu cao áp tác dụng lên piston 1 cân bằng với lực căng lò xo 3 thì độ dịch chuyển thanh răng dừng lại Trong quá trình này, áp suất dầu trong ống b giảm dần phụ thuộc vào độ dịch chuyển piston 18, piston 1 và độ mở kim tiết lưu 19, nhưng áp suất dầu trong ống b vẫn lớn hơn áp suất dầu trong ống c nên piston bị động 17 bị đẩy xuống dưới và con trượt 16 dần dần đóng kín cửa a Sau khi giảm lượng cấp nhiên liệu, vòng quay động cơ giảm, nếu lực ly tâm của quả văng 11 phối hợp với độ dịch chuyển xuống phía dưới của con trượt 16 cân bằng với lực nén lò xo 10 thì con trượt 16 giữ nguyên vị trí Thời gian để áp suất dầu trong hai ống b, c cân bằng phụ thuộc vào độ mở van kim 19 và

độ dãn lò xo hai bên piston 18 Khi áp suất dầu trong 2 ống b, c cân bằng thì con trượt 16 cũng đóng kín cửa sổ a và lực ly tâm của quả văng 11 cũng cân bằng với lực lò xo 10

Đồng thời với liên hệ ngược mềm là liên hệ ngược cứng Khi trục ra 2 đi xuống, thông qua thanh truyền 4, cam 5, gối tựa 6 làm gối tựa trên của lò xo 10 đi xuống làm tăng sức căng của lò xo 10 Nhờ vậy, lực lò xo sẽ đạt đến giá trị cân bằng với lực ly tâm của quả văng góp phần đẩy con trượt 16 xuông dưới đóng kín cửa sổ a

ĐỀ 03:

Câu 1 (15 điểm): Tìm điều kiện để một hệ điều khiển tự động tuyến tính ổn định trong trường hợp phương trình đặc trưng của nó chỉ có nghiệm thực Phát biểu định lý Liapunov về ổn định Câu 2 (15 điểm): Hãy trình bày về độ thay đổi vòng quay tương đối lớn nhất của bộ điều tốc Câu 3 (15 điểm): Hãy tính hàm số truyền Y/X của hệ có sơ đồ cấu trúc như trên hình vẽ.

G

H

YX

Câu 4 (20 điểm): Lập phương trình vi phân chuyển động, hàm số truyền và sơ đồ cấu trúc của bộ khuyếch đại công chất tác động hai phía.

x d b dt

x d b y a dt

y d

y qđ (t) - nghiệm tổng quát của phương trình thuần nhất (4.2), đặc trưng cho quá trình quá độ (nó chính là

thành phần chuyển động tự do (hay quá độ))

Quá trình xác lập là một quá trình ổn định vì năng lượng của một hệ luôn có giới hạn Cho nên đánh giá tính ổn định của hệ chỉ cần căn cứ vào quá trình quá độ

Một hệ thống được gọi là ổn định nếu quá trình qua độ tắt dần theo thời gian Hệ thống không ổn định nếu quá trình quá độ tăng dần theo thời gian Hệ thống ở biên giới ổn định nếu quá trình quá độ không đổi hoặc dao động không tắt

Dạng nghiệm tổng quát yqđ(t) là:

qd C e i

y

trong đó:

p i - nghiệm tổng quát của phương trình đặc trưng:

Ta xét riêng các thành phần nghiệm thực và các thành phần nghiệm phức p i trong (4.4)

Đối với mỗi thành phần nghiệm thực: p i = αi, ta có:

t i

i

0lim

)(

nếu αi < 0 (hệ ổn định)nếu αi = 0 (hệ ở biên giới ổn định)

n

i

i p i

t

i

e C

1 1

0lim

1- Hệ thống ổn định nếu tất cả các nghiệm của phương trình đặc trưng (4.5) có phần thực âm

2- Hệ thống sẽ không ổn định nếu chỉ cần có một nghiệm có phần thực dương

3- Hệ thống ở biên giới ổn định nếu chỉ cần có một nghiệm có phần thực bằng không còn các nghiệm còn lại có phần thực âm

∆n dd(∆ωdd) – biên độ dao động vòng quay (vận tốc góc) lớn nhất trong quá trình chuyển tiếp.

Giá trị độ thay đổi vòng quay tương đối lớn nhất ϕ phụ thuộc vào chất lượng bộ điều tốc, trạng thái kỹ thuật, chất lượng quá trình cháy của động cơ và các hệ thống phục vụ, phụ thuộc vào phương pháp và mức độ thay đổi tải

Hình 6.7 Đồ thị quá trình chuyển tiếp của bộ điều tốc động cơ khi ngắt và đóng tải.

1- dao động vòng quay khi ngắt tải (từ điểm A) và đóng tải (từ điểm B); 2- quá trình chuyển tiếp dao động không tuần hoàn; 3- quá trình chuyển tiếp không dao động; ∆ωdd – biên độ dao động vận tốc góc lớn nhất; ∆ωs – biên độ dao động vận tốc góc ứng với chế độ ổn định; ∆ωH - độ chênh giữa vòng quay lớn nhất với vòng định mức; ωmaxkt – vận tốc góc lớn nhất ứng với chế độ không tải; ωH – vận tốc góc ứng với chế độ ổn định (chế độ định mức); tct – thời gian chuyển tiếp

Câu 3 (15 điểm):

H G X

Y

21

)1(++

2

p p ea

( 2' 2)

2

2

p p ea

µ - hệ số lưu lượng ở các cửa sổ:µ1 = µ2 =µ;

 - khối lượng riêng của dầu [kg/m3];

Lưu lượng dầu ∆qđi vào phía dưới piston servomotor này sẽ làm cho piston servomotor dịch chuyển lên phía trên một đoạn là ∆y Theo phương trình liên tục, ta có:

S - diện tích của piston servomotor [m2]

Từ phương trình (1.40) và (1.42), ta tính đượcp :1'

2

2 2 2

2 1

2 2

e

S p

p

µ

ρ

(1.44)trong đó:

m - là khối lượng của piston servomotor [kg];

∑Fi

- là tổng các lực tác dụng lên piston servomotor

Để đơn giản hoá, ta bỏ qua ảnh hưởng của trọng lực, các lực ma sát Khi đó phương trình (1.45) trở thành:

N Sp Sp

Sp - là lực tác dụng lên phía trên piston servomotor;

N - là lực cản từ thanh răng nhiên liệu

Thông thường lực quán tính của piston servomotor khá nhỏ so với các lực Sp , 1' '

2 2 2

3 2

e

S N

Sp

Sp

µ

ρhay:

e dt

y d N Sp

Y d N Sp

Y d N Sp

S e

Sử dụng phép biến đổi Laplace cho phương trình (1.50) với điều kiện đầu bằng không, ta thu được hàm

số truyền của bộ khuyếch đại này là:

• Hệ thống hạn chế lượng cấp nhiên liệu theo áp suất không khí tăng áp

Hệ thống hạn chế lượng cấp nhiên liệu theo áp suất không khí tăng áp lắp cho bộ điều tốc làm việc với động cơ chính hệ thống động lực chong chóng bước cố định

Cùng với việc tăng phụ tải, piston động cơ trợ động dịch chuyển theo hướng tăng lượng cấp nhiên liệu Nối với piston này là cán piston 11 chỉ ra bên phải của hình vẽ 8.8 sẽ chuyển động đi lên Nó làm quay thanh truyền ngang 6 thông qua đầu bên phải của nó và làm giảm dần khe hở L1 giữa thanh truyền này với ốc chốt 3 Khi đã hết khe hở L1 nếu tải trọng tiếp tục tăng, thông qua êcu 4, cán 8 nối với con trượt điều khiển chính sẽ nâng lên, kéo con trượt về vị trí trung tâm đóng đường dẫn dầu vào động cơ trợ động làm dừng chuyển động đi lên của piston này và lượng cấp nhiên liệu bắt đầu được giữ không đổi.

Ở bên trái của hình vẽ 6.44 có sơ đồ thiết bị liên hệ lượng cấp nhiên liệu theo áp suất không khí tăng áp

Pd Dầu được dẫn từ hệ thống thuỷ lực của bộ điều tốc vào điền đầy trong không gian Trong không gian này có một piston và bên cạnh piston có một thiết bị tạo ra sức cản thủy lực Phía trong của không gian này được đóng kín bằng một xupap Một đầu của xupap này được nén bởi một lò xo (đầu còn lại của lò xo này tựa vào piston), còn phía bên kia của xupap được tỳ bởi xiphông cảm ứng áp suất tăng áp

Pd Nếu áp lực không khí tăng áp tăng lên, lực nén của xiphông lên xupap sẽ thắng lực căng của lò xo, xupap sẽ được mở ra cho dầu từ khoang chứa piston thoát ra ngoài Sự thoát dầu này làm cho áp lực trong khoang này giảm Do sự chênh áp giữa hai phía, piston bị đẩy về phía xupap và lại đóng kín xupap Nhưng khi piston chuyển xuống, thông qua mặt côn 2 làm hạ thấp thanh truyền nằm ngang 6 xuống và làm cho khe hở L1 lại tăng lên và do đó cho phép tăng tiếp lượng cấp nhiên liệu vào động cơ Các yếu tố chính của hệ thống này bao gồm: ốc 1 tạo ra lực nén ban đầu của xiphông lên xupap; ốc 3 điều chỉnh giới hạn cấp nhiên liệu khi không có tăng áp và mặt côn 2 cho phép thay đổi góc nghiêng đường đặc tính hạn chế cấp nhiên liệu theo áp suất tăng áp

• Hệ thống hạn chế lượng cấp nhiên liệu theo hàm số của tốc độ

Thiết bị này được chỉ ra bên phải hình 6.44 Khi phụ tải của động cơ tăng, để tăng lượng cấp nhiên liệu cán 11 của piston động cơ trợ động sẽ đi lên làm cho thanh truyền ngang 7 quay xung quanh điểm B và làm cho điểm A bị kéo xuống Sau khi khắc phục hết khe hở ở êcu 4 và ống lót thì cán 8 của con trượt điều khiển chính bị giữ Ngăn kéo do đó không thể cấp dầu cho động cơ trợ động chuyển động, lượng cấp nhiên liệu do đó không thể tăng thêm được nữa Bây giờ nếu ta điều khiển tăng giá trị lượng cấp của tốc độ thì piston đặt trước tốc độ sẽ chuyển dịch xuống, sau khi khắc phục hết khe hở L2 điểm B lại được nâng lên, điều đó lại cho phép con trượt điều khiển đi xuống và kết quả là lượng cấp nhiên liệu lại được tăng lên Bằng cách như thế đã thiết lập sự phụ thuộc giữa hạn chế lượng cấp nhiên liệu theo giá trị đặt trước của tốc độ động cơ Các yếu tố điều chỉnh của hệ thống này bao gồm : êcu 4 để thay đổi giá trị giới hạn; êcu 5 để xác lập giá trị giới hạn lượng cấp nhiên liệu khi tốc độ động cơ thấp và ốc vặn

9 để dịch chuyển điểm B Ốc vặn 10 dùng để chỉnh thăng bằng dầm ngang trước khi điều chỉnh hệ thống

ĐỀ 04:

Câu 1 (15 điểm): Hãy trình bày nguyên tắc điều khiển theo phương pháp bù nhiễu, ưu nhược điểm của nguyên tắc này.

Câu 2 (15 điểm): Phân tích sự cần thiết phải lắp bộ điều tốc cho động cơ Diesel trong trường hợp động cơ làm việc ở chế độ không tải.

Câu 3 (15 điểm): Hãy tính hàm số truyền Y/X của hệ có sơ đồ cấu trúc như trên hình vẽ.

Lµm m¸t khÝ n¹p

BÇu gãp khÝ x¶

Nhiªn liÖu BCA

Hình 1.7 Hệ thống điều khiển theo nguyên tắc bù nhiễu.

Trong hệ thống có đưa vào một thiết bị bù K có tác dụng ngược dấu với nhiễu f(t) Nếu nhiễu f(t) tác động lên đối tượng điều khiển theo chiều hướng làm tăng tín hiệu ra y(t), thì tín hiệu v sau khi qua thiết

bị bù K sẽ tác dụng vào phía trước thiết bị điều khiển làm giảm bớt tín hiệu e nhằm để làm giảm y Nếu

f tác dụng lên đối tượng điều khiển để làm giảm tín hiệu ra y thì thiết bị bù K lại tạo ra tín hiệu bù v làm tăng e nhằm cuối cùng làm tăng y

Hệ thống điều khiển tự động hoạt động theo nguyên tắc này là một hệ thống hở

Nguyên tắc điều khiển theo phương pháp bù nhiễu có ưu điểm là tác động điều khiển nhanh vì hệ thống phản ứng trực tiếp với nguyên nhân chứ không phải từ kết quả

Nhược điểm cơ bản của nguyên tắc này ở chỗ khi có nhiều nguồn nhiễu ứng dụng của nó bị hạn chế Khi đó hệ thống hoạt động kém chính xác và tính ổn định kém

Câu 2 (15 điểm):

Khi động cơ làm việc ở chế độ không tải, công suất động cơ phát ra dùng để khắc phục sức cản cơ giới

(p i = p m), trong trường hợp này cần giữ cho động cơ làm việc ổn định ở vòng quay nhỏ nhất để tiết kiệm nhiên liệu và giảm tốc độ mài mòn các chi tiết Do vậy cần điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho

chu trình là nhỏ nhất Khi chạy ở chế độ không tải, p i của động cơ diesel thường tăng nhanh hơn so với

p m khi tăng tốc độ n vì đặc điểm biến thiên của p i lúc đó phụ thuộc chính vào đặc tính tốc độ của bơm

cao áp tại vị trí thanh răng nhỏ nhất, hầu hết các loại bơm cao áp đều làm tăng g ct khi tăng n Do đó với chế độ không tải, nếu tăng vòng quay, p i tăng nhanh hơn p m (hình 6.5) Từ đó có thể nhận xét: khi tăng

vòng quaylớn hơn vòng quay n kt thì p i > p m , phần năng lượng dư thừa ∆p = p i - p m làm tăng vòng quay

động cơ Nếu giảm vòng quay nhỏ hơn vòng quay n kt thì p i < p m, vòng quay động cơ giảm dần cho đến lúc quá trình cháy không thể thực hiện trong thể tích công tác của xi lanh Như vậy, ở chế độ không tải động cơ hoạt động không ổn định, để giải quyết vấn đề này cần phải lắp bộ điều tốc, nó cho phép điều

chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình để động cơ làm việc ở vòng quay n kt không đổi (tức là p i =

p m ) Sau khi lắp bộ điều tốc, đường đặc tính p i chuyển từ đường cd thành đường c’d’ vì lúc đó nếu tăng

n bộ điều tốc sẽ cắt bớt nhiên liệu, còn nếu giảm n sẽ cấp thêm nhiên liệu, nhờ đó đường p i sẽ giảm

nhanh khi tăng n làm cho động cơ hoạt động ổn định.

p i ,p m - áp suất chỉ thị, cơ giới của động cơ.

∆ - độ lệch của mômen máy nén so với trạng thái cân bằng ban đầu.

Mômen của tuabin M TB là hàm số của lưu lượng khí xả, nó được xác định bởi lượng nhiên liệu và

không khí cấp vào động cơ, cũng như vận tốc góc của trục tuabin – máy nén ωTM Lượng nhiên liệu

cấp vào động cơ phụ thuộc vào vị trí của thanh răng nhiên liệu h và vận tốc góc của động cơ ω Vậy:

Khai triển các hàm M ; TB M MN bằng chuỗi Taylor tại lân cận điểm cân bằng ban đầu và bỏ đi các phần

tử bậc cao, sau đó thay vào phương trình (1.20), ta được:

p p

M h h

M M

M M

dt

d

TM TM

TB TM

MN TM

ω

ωω

P p

p H h

0 0

ω

thì phương trình (1.21) trở thành:

P H

W W

M M

k

TB

TM TM

TB TM

- hệ số tự cân bằng của tuabin-máy nén;

- hệ số ảnh hưởng của áp suất không khí tăng áp lên tuabin – máy nén.

Biến đổi Laplace hai vế của (1.22) với điều kiện đầu bằng không, được:

[T TM p+k TM]W TM( )p =H( )p +θTωW( )p −θTp P( )p

hay:

( ) [ W( )p H( )p P( )p ]

k p T

p

TM TM

Bộ điều tốc có hệ thống dầu khép kín Hệ thống cấp dầu áp suất cao có tính đến sự làm việc của bộ điều tốc đối với động cơ tự đảo chiều Piston 37 của bộ khuyếch đại là loại hai cấp Khoang trên của piston 37 thường xuyên được cấp dầu áp suất cao từ bình ổn áp 19 Khi tăng vòng quay thông qua lực li tâm của các quả văng làm con trượt 7 được nâng lên, dầu cao áp cấp vào khoang dưới piston 37 Piston 37 được nâng lên đẩy trục 4 quay ngược chiều kim đồng hồ, trục 14 quay theo, thông qua thanh kéo 15 kéo thanh răng về phía cắt lượng nhiên liệu cấp Khi trục 4 quay như trên, piston 5 được kéo lên tạo ra áp suất thấp trong khoang dưới con trượt 7, vì thế con trượt 7 có xu hướng bị kéo xuống, trở về trạng thái ban đầu Khoang dưới con trượt 7 thường xuyên thông với lỗ kim tiết lưu 35

Trong bộ điều tốc có lắp cơ cấu liên hệ ngược cứng đảm bảo hiệu chỉnh độ không đồng đều trong trường hợp cần thiết Khi piston 37 dịch chuyển lên phía trên (về phía ngắt lượng nhiên liệu cấp), khuỷu 1 nối cứng với trục 4 quay ngược chiều kim đồng hồ, thông qua cơ cấu 30, 32 và trục 3 đẩy cần bẩy 8 làm tăng sức căng lò xo 40 tạo nên đặc tính tĩnh điều tốc

Độ không đồng đều của đường đặc tính có thể thay đổi thông qua vít 29 Vặn vít 29 sẽ thay đổi quan hệ truyền động giữa khuỷu 1 với trục 3, nhờ vậy thay đổi được độ nghiêng đường đặc tính điều chỉnh

Hệ số không đồng đều của đường đặc tính điều chỉnh thay đổi từ 0-6% Khi phối hợp nhịp nhàng điểm

A với B thì sức căng ban đầu của lò xo 40 không thay đổi khi piston 37 ở bất kỳ vị trí nào, khi đó độ không đồng đều bằng không (tạo nên đường đặc tính điều chỉnh siêu tĩnh)