Sistem Mekatronika: latihan soal dan soal ujian

Mekanika, elektronika, dan kontrol yang bekerja bersama: motor DC dan gearbox sebagai aktuator, strain gauge dan akuisisi data sebagai sensor, serta kontrol umpan balik dengan respons transiennya. Soal ujian mengikuti sinyal dari sensor ke pengontrol hingga ke motor dan menanyakan satu angka di sepanjang jalur itu.

Latih mata kuliah ini secara gratisLatih mata kuliah iniIkuti ujian simulasi5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.

Paket kilat (PDF)Lembar rumus, langkah-langkah metode, dan soal latihan dengan pembahasan lengkap, siap dicetak.

Topik dalam mata kuliah ini

  1. Motor DCGGL balik, arus, dan torsi · kecepatan–torsi dan efisiensi · start dan pengaturan kecepatanhitungan
  2. Roda gigi & rangkaian roda gigirasio putaran · torsi dan daya · rangkaian roda gigi majemukhitungan
  3. Akuisisi data & samplingNyquist, LSB, dan laju data · aliasing, bit, dan frame UART · harmonik, SQNR, dan perancangan sistemhitungan
  4. Jembatan Wheatstone & strain gaugekeseimbangan dan tegangan simpul · jembatan tak seimbang · strain gauge dan sel bebanhitungan
  5. Galat keadaan tunak & kendali PIDtipe sistem dan konstanta galat · galat keadaan tunak dan penguatan · Desain P, PI, dan PDhitungan
  6. Respons langkahsistem orde satu · parameter orde dua · sistem fisik dan perancanganhitungan

Tips ujian untuk Sistem Mekatronika

  • Gearbox menukar kecepatan dengan torsi: dayanya (hampir) tetap sama.
  • Periksa laju sampling dan resolusi setiap rantai pengukuran terhadap sinyal yang harus ditangkapnya.
  • Ubah rpm ke rad/s sebelum menggunakan persamaan motor atau kontrol.

Contoh dengan pembahasan

Motor DCMudah
+−120 VRa​Ia​ = 8 AM+−EωT = ?

Sebuah motor DC magnet permanen memiliki konstanta torsi k = 0,6 N·m/A. Cari torsi T yang dihasilkannya pada arus jangkar 8 A.

k = 0,6 N·m/AIa = 8 A

Tentukan T (N·m)

Tampilkan petunjuk
  1. Konstanta torsi menghubungkan torsi dan arus jangkar.
  2. T = k·Ia.
  3. T = 0,6·8.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Motor DC: jangkar adalah resistansi Ra yang diseri dengan GGL balik E, sehingga V = E + Ia·Ra. GGL balik naik seiring kecepatan, E = k·ω, dan torsi seiring arus, T = k·Ia, dengan konstanta motor k yang sama (V·s/rad = N·m/A) dalam satuan SI. Ubah kecepatan dengan ω = 2π·n/60. Daya yang dikembangkan adalah E·Ia = T·ω; daya masukan adalah V·Ia, dan selisihnya berasal dari rugi tembaga Ia²Ra dan rugi rotasi. Kecepatan turun secara garis lurus terhadap torsi, ω = V/k − Ra·T/k², dari kecepatan tanpa beban V/k sampai nol pada torsi tertahan k·V/Ra. Saat diam E = 0, jadi arus start V/Ra besar kecuali dibatasi oleh resistor.

Torsi

T = k·Ia = 0,6·8 = 4,8 N·m

Jawaban

T = 4,8 N·m

Dalam satuan SI, k yang sama adalah konstanta GGL balik dalam V·s/rad.

Roda gigi & rangkaian roda gigiSedang
N1​ = 16N2​ = 80

Sebuah motor 7,5 kW yang berputar pada 1450 rpm menggerakkan pinion dengan 16 gigi, yang berpasangan dengan roda gigi 80 gigi. Pasangan roda gigi memiliki efisiensi 98%. Cari torsi keluaran T2 pada poros roda gigi.

P = 7,5 kWn1 = 1450 rpmN1 = 16N2 = 80η = 98%

Tentukan T2 (N·m)

Tampilkan petunjuk
  1. Torsi motor dari daya: T = P/ω, dengan ω = 2π·n/60 dalam rad/s.
  2. ω₁ = 151,8 rad/s.
  3. Roda gigi mengalikan torsi dengan N₂/N₁ (dan sedikit hilang karena gesekan).
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Rangkaian roda gigi: roda gigi yang berpasangan memiliki kecepatan yang sama di giginya, sehingga n₁·N₁ = n₂·N₂: roda gigi dengan jumlah gigi lebih sedikit berputar lebih cepat. Roda gigi pada satu poros berputar dengan kecepatan yang sama. Daya diteruskan (dikurangi rugi-rugi), sehingga torsi naik ketika putaran turun: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, dan P = T·ω dengan ω = 2π·n/60.

Torsi motor

ω₁ = 2π·1450/60 = 151,8 rad/s
T1 = P/ω₁ = 7500/151,8 = 49,39 N·m

Torsi keluaran

T2 = 49,39·80/16·0,98 = 242 N·m

Jawaban

T2 = 242 N·m

Cara kerja latihan

  • “Latih mata kuliah ini” mencampur soal dari semua topiknya, seperti ujian sungguhan.
  • Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.
  • Ujian simulasi memiliki batas waktu dan tanpa petunjuk, dan di akhir Anda mendapat skor serta tinjauan lengkap.

Kalkulator untuk mata kuliah ini

Kalkulator rasio roda gigiKalkulator panjang sabuk (sabuk terbuka dan bersilang)

Mata kuliah terkait

Latihan ujian FE MechanicalTeknik Kendali 1Pengukuran dan InstrumentasiTeknik Kontrol 2: Perancangan Kontrol Umpan BalikLatihan ujian FE Electrical and ComputerSistem Tenaga Listrik dan Mesin ListrikElektronika 1Sinyal dan Sistem
Latih mata kuliah ini secara gratisLatih mata kuliah iniIkuti ujian simulasi5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.