Файл: Фудим Е.В. Пневматическая вычислительная техника. Теория устройств и элементов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 260

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

90

М Е Т О ДЫ РЕАЛИЗАЦИИ Б А З О В Ы Х ОПЕРАЦИЙ

[ГЛ. I I

Рис. 3.11. Схемы замещения устройства, содержащего соединенные общим штоком подвижные тела,

§ 3] ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОСТЕЙШИХ ОПЕРАЦИЙ j j l

чувствительного элемента и штоком (рычагом), отражена трансформаторами с коэффициентами трансформации дав­ ления КРг i, определяемыми выражением (3.16). Последо­ вательное соединение вторичных цепей трансформаторов соответствует суммированию усилий на штоке (рычаге); сопротивления Дм а> Дни и С м 2 — суммарным механическим сопротивлениям всех чувствительных элементов, рассчи­ танным для /с-й камеры по формулам (3.13'). Необходимо особо отметить, что падение давления на конденсаторе С м а

пропорционально

перемещению

штока

и,

 

следователь­

но,

представляет

перемещение

заслонки

в

устройствах

с переменным сопротивлением

типа

 

«сопло-заслонка».

Источник давления Арм н

замещает

силы

непневмати­

ческого происхождения,

приложенные

к

штоку

(рыча­

гу))

-flnm,i+i — проток газа из

одной

камеры в

другую.

В приведенной цепи i s равен току iak

механического про­

исхождения в k-ю камеру, т. е. коэффициенты трансформа­

ции для к-й. камеры равны: Кр>к

= 1 и Ki>k = 1.

Вариант схемы замещения

с трансформацией перепа­

дов давлений на чувствительных элементах изображен на рис. 3.11, б.

На рис. 3.12 приведены схемы замещения для частных

случаев устройств с рядом непроточных (RBa

= оо) чув­

ствительных элементов, соединенных общим

штоком или

рычагом. В этих схемах трансформатор с рядом обмоток

заменен

последовательным

соединением

источников

э.д.с. KPi

pi или сумматором

величин Кр1р\.

Суммарные

сопротивления /?м и, L M u и

C M S подвижных тел также рас­

считываются для

площадей k-ж камеры, относительно

которой суммируются давления.

На рис. 3.12,

а — схема

замещения для частного слу­

чая, когда вследствие малости постоянных времени можно пренебречь пневматическими инерционными звеньями на всех входах; на рис. 3.12, б — для частного случая, когда инерционное звено и изменение объема камеры при пе­ ремещении блока чувствительных элементов надо учиты­

вать только для одного входа

(р„.);

па рис. 3.12, в —

когда инерционности надо учитывать на

ряде входов,

а влияние перемещения—только

на

одном

входе * ) .

*) Это достигается за счет большого отношения объемов камер к их изменениям при перемещении чувствительных элементов.


92

М Е Т О ДЫ

РЕАЛИЗАЦИИ Б А З О В Ы Х ОПЕРАЦИЙ [ГЛ. 11

 

В рассмотренных выше управляющих узлах предпо­

лагалось, что

каждое подвижное тело не подвержено

uMEl

4*^0 Ф

CD* Z; 7 ^

MS

^pip'i

1фк

1 4

Рис. 3.12. Схемы замещения для частных случаев устройства с соединенными общим штоком подвижными телами.

деформации от перепада давлений на этом теле. В дейст­ вительности, наряду с общим током, обусловливаемым

§ !i) ПРЕРЫВИСТОЕ В Ы П О Л Н Е Н И Е ВАЗОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ 93

перемещение»! недефордшруемого жесткого центра, плеют место местные токи механического происхождения, опре­ деляемые деформацией отдельных частей чувствительных элементов. Так, часть мембраны между корпусом и жест­ ким центром деформируется (перемещается) в зависимо­ сти от перепада давлений в камерах с обеих сторон этой мембраны. Особенно большой местный емкостной ток бывает у вялых мембран с глубоким гофром, работающих при знакопеременных перепадах давлений; он имеет место при переходе перепада через нуль, когда гофр изменяет свою форму в процессе «прохлопывания». Чтобы учесть эти местные токи, следует в общем случае вместо i?unM+i ввести LRC-цепочку, учитывающую местные токи меха­ нического происхождения.

§ А. Метод прерывистого выполнения базовых вычислений

Ниже излагается способ прерывистого выполнения вычислений в пневматике, пригодный для любых приме­ няемых диапазонов давления ([129, 132, 133, 135]). Устра­ нение влияния переменных плотности частиц и скоростей истечения газа достигается в этом методе за счет отказа от использования течения газа для выполнения функцио­ нальных операций — всегда выжидается установившееся состояние газа в камерах как по скорости, так и по тем­ пературе; тот отрезок времени, когда происходит пере­ ток газа и достижение установившегося состояния газа, служит только переходным процессом, влияющим лишь на предельное быстродействие. Точность и параметры схем, построенных по этому методу, не зависят от опреде­ ляемых составом газа величин (плотности, вязкости) и от абсолютного значения температуры газа. Погреш­ ность метода довольно низка и определяется отклонением реального газа от идеального для применяемых диапазо­ нов давления (см. ниже).

1. Сущность метода и его преимущества. Естественно, что основу для построения преобразо­

вателей параметров газа может составить некоторая од­ нозначная зависимость между этими параметрами. Такая зависимость — уравнение состояния идеального газа — известна, причем чрезвычайно важно, что в эту завися-


М Е Т О ДЫ РЕАЛИЗАЦИИ Б А З О В Ы Х ОПЕРАЦИЙ [ГЛ. i l

мость не входят никакие механические величины. Кроме того, существует очень простой элемент — пневмати­ ческая камера — техническое средство для взаимных преобразований параметров газа в соответствии с уравне­ нием состояния.

Класс преобразований, реализуемый таким способом, определяется набором операций, которые можно произ­ водить над камерами: сообщение камер между собой и с соответствующими линиями, изменение объема камер, давления и количества газа в них.

К,

Рг 1

< ^

1

< | > — ^ —

Рис. 4.1. Схема сумматора, иллюстрирующего метод прерывистого выполнения вычислений.

Очевидно, что такой метод выполнения преобразова­ ний может быть только прерывистым (по тактам) — опе­ рации решения и ввода входных величин в камеру чере­ дуются, поскольку исходное уравнение, а значит, про­ цедура решения, требует, чтобы камера была замкнута, а процедура введения входных величии требует подсое­ динения к источнику входного сигнала. В силу этого каж­ дый такт преобразования (вычисления) состоит из двух соответствующих подтактов, в течение одного из которых камера должна успеть заполниться газом до уровня вход­ ного давления и температуры, а в течение другого должно установиться результирующее давление такта (решение).

Для иллюстрации метода рассмотрим схему сумматора,

приведенную

на рис. 4 . 1 . Схема содержит две камеры

V± и 7 2 и Т Р И

контакта (клапана) — нормально

замкну­

тые Кг

и К.г и нормально разомкнутый Ка.

Все

контакты

управляются

общим

сигналом pt так, что никогда не бы­

вают

замкнуты все

одновременно — если

К1 и

К2 замк­

нуты,

то К3

разомкнут, и наоборот.

 

 


§ 4] ПРЕРЫВИСТОЕ В Ы П О Л Н Е Н И Е Б А З О В Ы Х ВЫЧИСЛЕНИЙ 95

 

При

замкнутых

контактах Кг

и К2

(pt =

0) в камере

Vx

устанавливается

давление

рг,

а в камере

V2 — давле­

ние

р2.

Количества находящихся

в

них молекул

газа

равны

соответственно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

_ iiZi

N

_ M

i

 

 

 

При

pt =

1 контакты Кг и Кг

размыкаются, а контакт

К3

соединяет

камеры между

собой. Образующаяся

каме­

ра имеет объем V =

Vi + V2

и содержит количество мо­

лекул газа N = N±

+ iV2 - В

соответствии с

уравнением

состояния абсолютное давление газа в образовавшейся

камере равно

(при

условии изотермичности

процесса)

 

NkQ

 

Vi

- .

 

 

 

 

Р = - у - =

' Vi + v, P l +

v 1

+ v. ^ 3 = k i p i + (4

/ C l ^ 2 -

Отсюда

 

 

 

 

 

 

 

(4.1)

 

P =

AiPi

+

(1 - h)p2,

 

 

(4.2)

 

 

 

 

 

где

— коэффициент, настраиваемый емкостями Ух

и У2 -

Максимальная рабочая частота переключений кон­

тактов

/ ш а х

определяется

постоянными

времени

Г У {

Апериодических

звеньев

«сопротивление

клапана

в от­

крытом состоянии — емкость» и характеристиками источ­

ника сигнала р,. Поскольку Ту

могут

быть сделаны

достаточно малыми,

/ т а х определяется

характеристи­

ками генераторов pt

и линиями

связи.

 

Количество п управляющих импульсов — «время», в ко­ тором производятся вычисления. Это «время» дискретно; единицей его является один управляющий импульс pt. Оно не является естественным временем и не связано с ре­ альным временем t какой-либо определенной зависимо­ стью. Поэтому в устройствах, построенных по данному методу, всегда требуется генератор «времени» п = п (t), представляющий собой формирователь импульсов, обыч­ но простейший генератор прямоугольных импульсов.

Благодаря тому, что функция ?г (t) может быть лю­ бой, метод позволяет работать в любом «времени». При постоянной частоте поступления импульсов pt «время»