Sistem Mekatronik: soalan latihan dan soalan peperiksaan

Mekanik, elektronik dan kawalan bekerja bersama: motor DC dan kotak gear sebagai penggerak, tolok terikan dan perolehan data sebagai penderia, serta kawalan suap balik dengan sambutan fananya. Masalah peperiksaan mengikuti isyarat dari penderia ke pengawal ke motor dan meminta satu nombor di sepanjang jalan.

Berlatih kursus ini secara percumaBerlatih kursus iniAmbil peperiksaan percubaan5 soalan percuma setiap hari. Tiada kad diperlukan.

Pek ulang kaji kilat (PDF)Lembaran formula, langkah kaedah dan soalan latihan dengan penyelesaian penuh, sedia untuk dicetak.

Topik dalam kursus ini

  1. Motor DCDEM balik, arus dan tork · laju–tork dan kecekapan · permulaan dan kawalan lajupengiraan
  2. Gear & rangkaian gearnisbah laju · tork dan kuasa · rangkaian gear gubahanpengiraan
  3. Perolehan data & pensampelanNyquist, LSB dan kadar data · alias, bit dan bingkai UART · harmonik, SQNR dan reka bentuk sistempengiraan
  4. Jambatan Wheatstone & tolok terikankeseimbangan dan voltan nod · jambatan tidak seimbang · tolok terikan dan sel bebanpengiraan
  5. Ralat keadaan mantap & kawalan PIDjenis sistem dan pemalar ralat · ralat keadaan mantap dan gandaan · Reka bentuk P, PI dan PDpengiraan
  6. Sambutan langkahsistem peringkat pertama · parameter peringkat kedua · sistem fizikal dan reka bentukpengiraan

Tip peperiksaan untuk Sistem Mekatronik

  • Kotak gear menukar laju dengan tork: kuasa kekal (hampir) sama.
  • Semak kadar pensampelan dan resolusi setiap rantaian pengukuran terhadap isyarat yang perlu ditangkapnya.
  • Tukarkan rpm kepada rad/s sebelum anda menggunakan persamaan motor atau kawalan.

Contoh penyelesaian

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

Motor DC magnet kekal mempunyai pemalar tork k = 0.6 N·m/A. Cari tork T yang dibangunkannya pada arus angker 8 A.

k = 0.6 N·m/AIa = 8 A

Cari nilai T (N·m)

Tunjukkan petunjuk
  1. Pemalar tork menghubungkan tork dan arus angker.
  2. T = k·Ia.
  3. T = 0.6·8.
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

Motor DC: angker ialah rintangan Ra bersiri dengan DEM balik E, jadi V = E + Ia·Ra. DEM balik bertambah dengan laju, E = k·ω, dan tork dengan arus, T = k·Ia, dengan pemalar motor k yang sama (V·s/rad = N·m/A) dalam unit SI. Tukarkan laju dengan ω = 2π·n/60. Kuasa terbangun ialah E·Ia = T·ω; kuasa input ialah V·Ia, dan kehilangan kuprum Ia²Ra serta kehilangan putaran menjadi bezanya. Laju menurun secara garis lurus dengan tork, ω = V/k − Ra·T/k², daripada laju tanpa beban V/k kepada sifar pada tork tersekat k·V/Ra. Pada keadaan pegun E = 0, jadi arus permulaan V/Ra adalah besar kecuali perintang mengehadkannya.

Tork

T = k·Ia = 0.6·8 = 4.8 N·m

Jawapan

T = 4.8 N·m

Dalam unit SI k yang sama ialah pemalar DEM balik dalam V·s/rad.

Gear & rangkaian gearSederhana
N1​ = 16N2​ = 80

Sebuah motor 7.5 kW yang berputar pada 1450 rpm memacu pinion 16 gigi, yang bertaut dengan gear 80 gigi. Pasangan gear itu mempunyai kecekapan 98%. Cari tork keluaran T2 pada aci gear.

P = 7.5 kWn1 = 1450 rpmN1 = 16N2 = 80η = 98%

Cari nilai T2 (N·m)

Tunjukkan petunjuk
  1. Tork motor daripada kuasa: T = P/ω, dengan ω = 2π·n/60 dalam rad/s.
  2. ω₁ = 151.8 rad/s.
  3. Gear menggandakan tork dengan N₂/N₁ (dan kehilangan sedikit akibat geseran).
Tunjukkan jawapan dan penyelesaian langkah demi langkah

Rangkaian gear: gear yang bertaut mempunyai laju yang sama pada gigi, jadi n₁·N₁ = n₂·N₂: gear dengan gigi lebih sedikit berputar lebih laju. Gear pada satu aci berputar pada laju yang sama. Kuasa disalurkan (tolak kehilangan), jadi tork meningkat apabila laju menurun: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, dan P = T·ω dengan ω = 2π·n/60.

Tork motor

ω₁ = 2π·1450/60 = 151.8 rad/s
T1 = P/ω₁ = 7500/151.8 = 49.39 N·m

Tork keluaran

T2 = 49.39·80/16·0.98 = 242 N·m

Jawapan

T2 = 242 N·m

Cara latihan berfungsi

  • “Berlatih kursus ini” mencampurkan soalan daripada semua topiknya, seperti peperiksaan sebenar.
  • Setiap soalan mempunyai nilai baharu, jadi anda mempelajari kaedah dan bukannya jawapan.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil dahulu, dan penerangan penuh hanya apabila anda memerlukannya.
  • Peperiksaan percubaan adalah bermasa dan tanpa petunjuk, dan anda mendapat skor serta semakan penuh pada akhirnya.

Kalkulator untuk kursus ini

Kalkulator nisbah gearKalkulator panjang tali sawat (terbuka dan bersilang)

Kursus berkaitan

Latihan peperiksaan FE MekanikalKejuruteraan Kawalan 1Pengukuran dan InstrumentasiKejuruteraan Kawalan 2: Reka Bentuk Kawalan Suap BalikLatihan peperiksaan FE Elektrik dan KomputerSistem Kuasa dan Mesin ElektrikElektronik 1Isyarat dan Sistem
Berlatih kursus ini secara percumaBerlatih kursus iniAmbil peperiksaan percubaan5 soalan percuma setiap hari. Tiada kad diperlukan.