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
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 |
- . |
|
V» |
|
|
|
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»