ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 227
Скачиваний: 2
плотностью и малой вязкостью. Конструкция гидравлического маятни ка рассчитана таким образом, чтобы период свободных колебаний ртути в сосудах составлял 13—15 с. Это необходимо для предотвращения влияния качки на гирокомпас. Для обеспечения такого периода колеба ний нижняя соединительная трубка подбирается соответствующего диаметра и длины и подвергается специальной обработке.
В двухгироскопных компасах маятниковый эффект достигается снижением центра тяжести чувствительного элемента относительно его центра симметрии.
Момент, создаваемый гидравлическим маятником, противоположен по знаку моменту твердого маятника, поскольку избыток жидкости, создающий момент, образуется в опустившемся сосуде. Поэтому у ги рокомпасов с гидравлическим маятником вектор кинетического момен та направлен в противоположную, чем у гирокомпасов с твердым маятником, сторону (к югу, а не к северу).
Для погашения незатухающих колебаний гирокомпаса около ме ридиана служат успокоители колебаний. В одногироскопных компа сах успокоитель колебаний обычно представляет собой небольшой груз, присоединенный к гирокамере с западной стороны. Он гасит ко лебания чувствительного элемента методом вертикального момента (см. § 11). Вес груза и его расстояние от точки подвеса чувствительного элемента подбираются такими, чтобы был обеспечен нужный фактор затухания (обычно 2—7) при погашении колебаний.
В двухгироскопных компасах погашение колебаний происходит с помощью гидравлического успокоителя, присоединенного к чувстви тельному элементу. Принципиально он устроен так же, как гидравли ческий маятник одногироскопных компасов, обеспечивающих связь гироскопа с Землей, т. е. состоит из двух сообщающихся сосудов, соединенных трубками малого диаметра. Но для обеспечения затухания период колебаний рабочей жидкости успокоителя должен быть значи тельно больше, чем период колебаний ртути в сосудах одногироскопного компаса, и равен периоду собственных незатухающих колебаний гирокомпаса. Для обеспечения такого большого периода в качестве рабочей жидкости успокоителя применяют вязкое масло. В некото рых конструкциях двухгироскопных компасов предусмотрено выклю чение успокоителя колебаний на время маневра. С этой целью перекры вают нижнюю соединительную трубку успокоителя с помощью электро магнитного реле выключателя затухания.
У корректируемых одногироскопных компасов превращение сво бодного гироскопа в гирокомпас достигается приложением к нему моментов, пропорциональных углу отклонения главной оси от плоско сти истинного горизонта. Моменты создаются закручиванием торсионов на определенный угол с помощью специальных датчиков мо мента. Горизонтальный торсионный момент эквивалентен маятнико вому моменту гирокомпаса, вертикальный — гасящему колебания.
Тем же путем создаются моменты, компенсирующие непосредствен но на гироскопе скоростную и широтную погрешности гирокомпаса.
Отключение сигнала, создающего момент, эквивалентный маятни ковому, превращает прибор в гироскоп направления (гироазимут).
120
§ 32. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ
Сведения о системах автоматического регулирования. Некоторые современные технические средства судовождения основаны на приме нении систем автоматического регулирования. Эти системы позволяют автоматизировать различные операции и процессы управления судном, а также автоматизировать работу различных приборов и механизмов, устранив полностью или частично вмешательство человека в их работу.
В общем случае система автоматического регулирования состоит из регулятора и регулируемого объекта. Регулятор включает в себя ряд элементов, оказывающих регулирующее воздействие на регули руемый объект. К этим элементам относятся (рис. 78) датчик Д , срав нивающее устройство СУ, усилительно-преобразующее устройство и регулирующий орган.
Рис. 78. Принципиальная схема системы автоматического регулирования
Основной особенностью всякой системы автоматического регулиро вания является то, что она замкнута с помощью так называемой об ратной связи. Обычно под обратной связью понимается передача вы ходного сигнала одного из последующих элементов обратно на вход одного из предшествующих элементов того же автоматического ус тройства. Различают положительную и отрицательную обратную связь. Если выходной сигнал, передаваемый на предшествующий элемент, складывается с его сигналом, т. е. имеет тот же знак, то такая обратная связь называется положительной; если он вычитается, т. е. имеет об ратный знак, то обратная связь называется отрицательной. В системах автоматического регулирования чаще всего применяется отрицатель ная обратная связь. В частности, в большинстве электронавигационных приборов применяются именно такие системы автоматического регулирования.
Принцип работы системы автоматического регулирования заклю чается в следующем. В результате воздействия каких-либо внешних причин на регулируемый объект на входе системы появляется так на зываемая р е г у л и р у е м а я в е л и ч и н а , т. е. та физическая величина, которая либо поддерживается постоянной, либо может ме няться произвольно или по любой заданной программе.
121
Д а т ч и к , в который поступает регулируемая величина, служит для преобразования неэлектрической регулируемой величины (напри мер, угла 0) в электрический сигнал и.
Если регулируемая величина не может быть непосредственно пре образована в электрический сигнал, то ее вначале преобразуют в меха ническое перемещение с помощью так называемого чувствительного элемента (например, мембрана гидравлического лага, преобразующая гидродинамическое давление в механическое перемещение контакт ного устройства), а затем уже в электрический сигнал. Таким образом, датчик фактически является преобразователем регулируемой вели чины.
С р а в н и в а ю щ е е у с т р о й с т в о (дифференциальный узел), куда поступает с датчика сигнал и и одновременно сигнал обратной связи, служит для сравнения двух величин: регулируемой и и сигнала обратной связи ult т. е. оно вырабатывает сигнал рассогласования «2, равный алгебраической разности этих сигналов, т. е.
И2 == Н J r III •
Знак перед сигналом обратной связи зависит от того, положитель ная или отрицательная обратная связь применена в данной системе автоматического регулирования. Далее сигнал рассогласования и2 поступает в усилительно-преобразующее устройство.
У с и л и т е л ь н о - п р е о б р а з у ю щ е е у с т р о й с т в о предназначено для усиления и преобразования сигнала рассогласова ния. Введение усилителя объясняется тем, что в большинстве систем автоматического регулирования слабые управляющие сигналы на входе не могут непосредственно управлять работой автоматического устрой ства. Поэтому сигналы датчика, поступающие в это устройство, уси ливаются и преобразуются в нем в достаточно мощные импульсы, спо собные воздействовать на регулируемый объект. Далее усиленный сиг нал и'2 поступает на регулирующий (исполнительный) орган.
Р е г у л и р у ю щ и й о р г а н , получая усиленный и преобра зованный сигнал, оказывает регулирующее воздействие 0Хна регули руемый объект в соответствии с изменением регулируемой величины. Если на регулируемый объект должна воздействовать механическая энергия, то обычно в качестве исполнительного механизма применяется электродвигатель. Одновременно с регулирующим воздействием испол нительный механизм с помощью специальных устройств вырабаты вает сигнал обратной связи иг, который поступает на сравнивающее устройство. Следовательно, вырабатываемое исполнительным механиз мом регулирующее воздействие стремится компенсировать внешнее воздействие на регулируемый объект, т. е. устранить с помощью обрат ной связи сигнал рассогласования. Применение отрицательной обрат ной связи заставляет исполнительный механизм всегда точно следить за любым изменением регулируемой величины. Иными словами, он постоянно стремится уничтожить возникший сигнал рассогласования.
Таким образом, характерной особенностью системы автоматиче ского регулирования является то, что само рассогласование есть дви жущий сигнал для системы. Всякое появление рассогласования, неза
122
висимо от причины его возникновения, одновременно создает в системе воздействие, направленное на устранение этого рассогласования. Та ким образом, система будет «отрабатывать» задаваемый на входе сигнал.
Главная задача системы автоматического регулирования состоит в том, чтобы как можно точнее отработать входную величину, т. е. как можно полнее компенсировать влияние всех возмущающих воздейст вий на регулируемый объект.
Все системы автоматического регулирования подразделяются на две основные группы.
Си с т е м ы с т а б и л и з а ц и и — такие системы, в которых регулируемая величина поддерживается постоянной. Примером дан ной системы могут служить приборы стабилизации напряжения и час тоты генераторов гирокомпасов с помощью блока регулировки частоты (БРЧ-201) или магнитного регулятора оборотов (РОМ-ЮМ).
Сл е д я щ и е с и с т е м ы — такие системы, в которых на выходе воспроизводится входная величина, произвольно изменяющаяся во вре
мени.
Следящие системы. Принцип действия следящих систем аналогичен общему принципу работы системы автоматического регулирования. Возникший на входе системы сигнал рассогласования должен быть скомпенсирован исполнительным механизмом. Таким образом, испол нительный механизм постоянно как бы «следит» за сигналом датчика и согласует систему с определенной степенью точности.
Следящие системы по режиму работы разделяются на два основных вида: релейные и непрерывные.
Р е л е й н ы е с л е д я щ и е с и с т е м ы характеризуются по стоянством скорости отработки независимо от величины и скорости из менения сигнала рассогласования. Примером такой системы является следящая система отечественного гидродинамического лага, которая обеспечивает измерение гидродинамического давления с помощью спе циальной компенсационной системы.
С л е д я щ и е с и с т е м ы н е п р е р ы в н о г о д е й с т в и я характеризуются плавной отработкой сигнала рассогласования, а так же пропорциональностью вращающего момента исполнительного дви гателя величине этого сигнала. Примером следящей системы непре рывного действия может служить следящая система гирокомпаса.
Как уже указывалось выше, следящая система гирокомпаса пред назначается для устранения рассогласований чувствительного элемента гирокомпаса с поддерживающими его частями, появляющихся в про цессе работы прибора, а также для обеспечения дистанционной пере дачи показаний основного компаса.
Рассмотрим блок-схему следящей системы гирокомпаса типа «Курс»
(рис. 79).
Допустим, что на управляемый объект (следящую сферу основного прибора) в какой-то определенный момент воздействует внешнее воз мущающее усилие (например, рыскание судна). В результате следящая сфера поворачивается относительно гиросферы и на входе системы появляется угол рассогласования 0. Датчик сигнала рассогласования (жидкостный электрический мост сопротивлений — мост Уитстона)
123
преобразует угол рассогласования в электрический сигнал рассогла сования и. Если мощность сигнала и недостаточна для управления пре образующим устройством, то он предварительно подается на усили тель. Затем усиленный сигнал их поступает в преобразующее устройст во на вспомогательную обмотку следящего электродвигателя, механи чески связанного с датчиком дистанционной передачи. При наличии сигнала их во вспомогательной обмотке следящего двигателя последний начнет вращаться и одновременно поворачивать ротор датчика дистан ционной передачи. Датчик дистанционной передачи электрически свя зан с исполнительным органом системы (азимут-мотором основного
Рис. 79. Принципиальная блок-схема следящей системы гирокомпаса типа «Курс»
компаса) и приемниками дистанционной передачи. При вращении ро тора датчика в цепи фазных обмоток датчика и приемников возникнут уравнительные токи / и'роторы приемников начнут синхронно повора чиваться вслед за ротором датчика (см. § 34). Следовательно, азимутмотор, ротор которого механически связан со следящей сферой (об ратная связь), начнет поворачивать управляемый объект в сторону уменьшения угла рассогласования. С уменьшением сигнала рассогла сования скорость отработки уменьшается, и при исчезновении рассо гласования, т. е. в тот момент, когда азимут-мотор возвратит следя щую сферу в согласованное положение относительно гиросферы, систе ма останавливается. Для того чтобы система не переходила согласо ванное положение, применяются специальные демпфирующие устрой ства, обеспечивающие высокую точность отработки следящей системы.
Таким образом, следящая система гирокомпаса как бы следит за согласованным положением следящей сферы относительно гиросферы. Так как гиросфера неподвижна относительно гирокомпасного мери диана, то всякое отклонение объекта (судна) от курса фиксируется следящей системой и с помощью дистанционной передачи показаний передается на принимающие приборы.
Кроме рассмотренной системы, работающей только по величине угла рассогласования, имеются следящие системы, которые свою задачу выполняют не только по углу, но и по скорости изменения угла рассогласования. Примером подобной системы может служить следя-
124
щая система отечественного бесконтактного авторулевого. Введение в следящую систему элемента скорости изменения угла рассогласова ния значительно повышает точность отработки следящей системы и и создает более благоприятные условия для работы исполнительного органа.
Элементы следящих систем гирокомпасов. В зависимости от типа гирокомпаса применяют и различные конструктивные варианты их следящих систем, наиболее отвечающие требованиям каждого типа гирокомпасов. В одногироскопных компасах применяется так назы ваемая индукционная следящая система; у двухгироскопных компасов с жидкостным подвесом чувствительного элемента — мостовая следя щая система на сопротивлениях.
Эти названия следящие |
системы |
|
|
|||
получили от типа датчика сигнала |
|
|
||||
рассогласования, |
применяемого в |
|
|
|||
каждой из них. |
|
с л е |
|
|
||
И н д у к ц и о н н а я |
|
|
||||
д я щ а я |
с и с т е м а |
состоит |
|
|
||
из индукционного датчика сигнала |
|
|
||||
рассогласования, |
усилителя и сле |
|
|
|||
дящего двигателя. |
|
|
Рис. 80. Индукционный датчик угла |
|||
К элементам следящей |
системы |
|||||
|
ДУ-11: |
|||||
относятся также кардановые коль |
а —статор; |
б — ротор-съемник; 1 — сердеч |
||||
ца подвеса и редуктор следящего |
ник; |
2 — зазор; 3 — катушки |
двигателя.
Вкачестве первых индукционных датчиков в схеме одногироскоп ных компасов применяли следящие трансформаторы.
Однако конструктивные параметры следящего трансформатора, несмотря на его огромные преимущества по сравнению с контактными датчиками, не удовлетворяли высоким требованиям, предъявляемым
ксовременным следящим системам.
Внастоящее время для гирокомпасов созданы высокоточные ин дукционные следящие системы, чувствительность которых состав ляет менее одной дуговой минуты. В частности, разработана сле дящая система на базе индукционного датчика угла типа ДУ-11, чувствительность которого значительно больше, чем у любого из из вестных типов следящих трансформаторов.
Индукционный датчик угла ДУ-11 (рис. 80) состоит из статора и ротора-съемника.
Статор (см. рис. 80, а) представляет собой разрезанный торо идальный сердечник /, набранный из листового трансформаторного железа, на который намотана обмотка возбуждения.
При питании обмотки переменным током повышенной частоты в за зоре 2 статора возникает переменное магнитное поле.
Ротор-съемник (см. рис. 80, б) датчика угла состоит из двух плос ких катушек 3, опрессованных компаундной массой в тонкую пластин ку, которая может перемещаться вдоль зазора 2 статора, причем плос кости катушек остаются всегда перпендикулярными направлению магнитного потока статора.
125
Катушки имеют одинаковое число витков, соединены последова тельно и включены навстречу друг другу.
Принцип действия датчика угла аналогичен принципу действия следящего трансформатора и заключается в следующем.
Магнитный поток статора, пересекая катушки ротора, индукти рует в них переменную э. д. с.
Когда сердечник статора симметрично перекрывает обе катушки ротора, сопротивления магнитных цепей катушек равны между собой и благодаря встречному включению индуктируемые в них э. д. с. одинаковы но величине, но противоположны по направлению. Следо вательно, когда ротор занимает среднее положение относительно ста тора, суммарное напряжение на выходе этих катушек равно нулю.
Отклонение ротора в любую сторону нарушает равенство сопротив лений магнитных цепей катушек, и через одну из них будет прохо дить большая часть магнитного потока статора. В результате наруша ется равенство индуктируемых э. д. с. и на выходе катушек ротора появляется разностная э. д. с. (сигнал рассогласования), фаза которой зависит от направления, а величина—от угла поворота ротора от нейтрального положения относительно статора.
При согласованном положении следящего элемента и гирокамеры ротор располагается в зазоре симметрично относительно статора и, следовательно, сигнала рассогласования не будет.
При воздействии на гирокомпас каких-либо внешних возмущений (поворот судна, рыскание на курсе, качка и т. и.) происходит рассо гласование чувствительного и следящего элементов компаса. В резуль тате ротор-съемник датчика угла смещается в ту или иную сторону относительно согласованного положения со статором и на выходе ка тушек ротора возникает сигнал рассогласования, который поступает на вход усилителя.
Усиленный сигнал рассогласования с выхода усилителя подается на вспомогательную обмотку следящего двигателя.
Начальная фаза тока во вспомогательной обмотке следящего двига теля, а следовательно, и направление его вращения зависят от взаим ного расположения статора и ротора-съемника датчика угла.
При возникшем рассогласовании следящей двигатель начинает отработку.
Вращение ротора двигателя, передаваемое через редуктор следя щему элементу, происходит всегда в направлении согласования чув ствительного и следящего элементов, т. е. следящий двигатель всегда
стремится возвратить |
следящий элемент в согласованное положение |
с гирокамерой. Когда |
гирокамера со следящим элементом окажется |
вновь в согласованном положении (ротор датчика угла займет среднее положение относительно статора), сигнал рассогласования исчезнет и двигатель остановится.
При рассогласовании в другую сторону на выходе катушек роторасъемника появится сигнал рассогласования, отличный по фазе от предыдущего на 180°. Следящий двигатель начнет вращение в проти воположную сторону, опять согласовывая следящий и чувствитель ный элементы.
126