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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 228

Скачиваний: 0

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

20

В В Е Д Е Н И Е

давление

р в х , а большее

через камеру соединено с ис­

точником давления отсчета

р 0 . Дополнительно уменьша­

ется диапазон входного давления в 4 раза. Уменьшение нелинейности от изменения выходного давления осущест­

вляется

либо

умножением

иа

Ку =

8,

либо

умножением

на Ку

=

2 совместно с применением нелинейной

емкости

 

 

 

 

 

 

для

компенсации

по

вы­

 

 

 

 

 

 

ходному

давлению.

 

 

 

 

 

 

 

В

интеграторе

по

рис.

 

 

 

 

 

 

В.5

[51]

для

нелинейной

 

 

 

 

 

 

коррекции

параллельно

 

 

 

 

 

 

установлено

сопротивле­

 

 

 

 

 

 

ние

4, находящееся в тех

Рис. В.5. Схема интегратора: 1 —

сум­

же условиях, что и основ­

ное сопротивление 3.

При

матор;

2,3,4

—

сопротивления;

5

—

камера; 6 —

повторитель.

 

 

этом осуществляется деле­

 

 

 

 

 

 

ние

входного

сигнала на

коэффициент К^>1, нелинейность которого настраивается близкой к виду нелинейности основного сопротивления 3:

 

Рвых =

—

d

i >

 

 

где Кж

= 1 Н

— >

1; а 2 )

а 3 и

а 4 — про­

водимости соответственно сопротивлений 2, 3 и 4-

Компенсация

нелинейности

осуществляется

настрой­

кой а 4 , вызывающей изменение К.

Погрешность

интегри­

рования до 2 % .

 

 

 

 

 

 

Интегратор, описанный в работе [51], содержит до­

полнительный

контур

— инерционную

отрицательную

обратную связь, реализованную на нелинейном аперио­ дическом звене с постоянной времени, превышающей постоянную времени основного контура примерно в 10 раз. Погрешность такого интегратора 4 — 5% .

Не решает проблемы и замена пневматических сопро­ тивлений па гидравлические. Такой подход, применяв­ шийся в регуляторах типа Brown и 04, приводит к гро­ моздким, неудобным и недостаточно точным схемам, так как требует применения входного пиевмогидравлического и выходного гидропневматнческого преобразователей и герметичного залитого жидкостью узла.

В В Е Д Е Н ИЕ

21

Все это привело к тому, что в современной пневмо­ автоматике в диапазоне давлений 0—1 кгс/см2 точное вычисление основывается не на сопротивлениях с сум­ мированием расходов газа, а на преобразовании давлений в усилия и выполнении всех вычислений над усилиями [21, 59, 60, 87, 1 6 7 - 1 6 9 , 175, 178, 183].

3. Принципы построения промышленных пневмати­ ческих вычислительных устройств. На рис. В.6 приве­ дена принципиальная структурная схема аналогового вычислительного . устройства современной пневмоавто­ матики. Оно содержит многовходовой усилитель, в

- и -

- П 1

 

Рис. В.6. Принципиальная структурная схема вычислительных устройств, ос нованных на механическом суммировании.

которой входят преобразователи давлений в усилия (коли­ чество определяется числом входов) и дополнительные преобразователи при реализации нелинейных операций.

Давления с помощью преобразователей!преобразуют­ ся в усилия по линейному закону:

Fi =

siPi

+ COnst,

где Pi —преобразуемое

давление; s{ —эффективная пло­

щадь преобразователя; Fi — результирующее усилие.

В качестве чувствительных элементов преобразовате­

лей используются мембраны

(с гофром или плоские)

и сильфоны, внутреннее сопротивление которых равно бесконечности, или шарики, внутреннее сопротивление которых невелико и которые поэтому требуют большой мощности входных сигналов.

22

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение математических операций над усилиями осуществляется механическим сумматором 3, который строится по схеме суммирования усилий или моментов усилий *) и поэтому требует механической связи всех чувствительных элементов. В первом случае усилия нап­ равляются по одной оси, во втором — по параллельным осям, располагаемыми одной или нескольких плоскостях. Знак усилия определяется расположением чувствитель­ ных элементов преобразователей. Принцип работы сум­ маторов компенсационный — суммарное воздействие от входных усилий уравновешивается. воздействием давле­ ния обратной связи, являющегося выходом устройства.

Давление обратной связи формируется с помощью управляемого делителя 4, входной переменной которого является перемещение штока или рычага (в зависимости от типа сумматора), несущих на себе заслонку перемен­ ного сопротивления делителя, и усилителя мощности 5. Преобразователи 2 усилия в перемещение или жесткость опоры (по линейному закону) или в усилие (по нелиней­ ному закону) применяются при выполнении нелинейных операций.

При использовании сумматоров усилий выходное дав­ ление устройства определяется по формуле

п

(В.2)

где F — входное переменное усилие, либо настраиваемое вручную постоянное усилие пружины, s„.c. — эффектив­ ная площадь преобразователя 1 в цепи обратной связи.

Из-за необходимости механической связи между пре­ образователями 1 для каждой заданной конструкции ог­ раничено количество п входов и зафиксированы поло­ жительные и отрицательные коэффициенты s£ . Следова­ тельно, в каждом слагаемом суммы (В.2) имеется только одна переменная, входящая в него линейно, из чего сле­ дует, что при применении принципа компенсации усилий невозможно выполнять нелинейные операции над двумя или большим числом переменных с использованием ли-

*) Сумматоры перемещений пе имеют примеиепия в пневмати­ ческой вычислительной технике.

В В Е Д Е Н ИЕ

23

нейный преобразователей одной переменной, а также ли­ нейные операции для полного диапазона входных сигна­ лов * ) .

Для выполнения нелинейной функции одной перемен­ ной применяют, например, преобразователь (блок 2 на рис. В . 6 ) , реализующий требуемую функцию в коорди­ натах усилий. В механическом преобразователе прибо­ ра П Д - 3 6 А системы А У С [21] усилие от входного давления преобразуется в угол поворота диска, последний по за­

данной

профилем диска

функции — в угол

поворота

рычага, а затем в усилие F , действующее на мембранный

сумматор.

 

 

 

В сумматорах моментов усилий выходное давление

определяется уравнением

 

 

 

 

Рвых =

(2

hSiPi + Flo) ,

(В. З)

где k

— плечо усилия.

 

 

 

Как и в сумматорах усилий, для заданной конструкции

неизменяемы ни величины коэффициентов st, ни предель­ ное количество входов и их распределение по знакам. Од­ нако вследствие того, что каждое слагаемое суммы (В . З) имеет множители (давление р\ и плечо l t ) , конструк­ ции позволяют реализовывать нелинейные операции, при­ меняя линейные преобразователи, и изменять коэффици­ енты при слагаемых в случае суммирования.

Реле соотношения Р С - З З А системы А У С [ 2 1 ] позволяет изменять коэффициент смещением опоры рычага, а сумма­ тор Ц Л А [ 8 7 ] — смещением преобразователей (сильфонов).

Множительно-делительные операции в блоках, описан­ ных в работах [ 1 6 9 ] и [ 1 8 8 ] , осуществляются с использова­

нием

линейных преобразователей усилий в перемещение

(плечо). Прибор фирмы Siemens

[ 1 8 3 ] выполняет опера­

цию

умножения,

применяя линейный

преобразователь

усилия в жесткость опоры преобразователя.

Приборы, построенные на принципе компенсации

моментов усилий

(рычажные),

будучи

конструктивно

*) Нереализуема без ограничений, например, простейшая опе­ рация суммирования двух сигналов р = р 1 + р», поскольку Pi + Р2 может достигать 2 кгс/см2, - а р , р х и ръ имеют предел Ртах = 1 кгс/смК

24

В В Е Д Е Н ИЕ

сложнее приборов, построенных на принципе компенсации усилий, обладают большими функциональными возмож­ ностями н позволяют создавать устройства, универсальные для ряда вычислительных операций.

Однако никакой экономически оправданный прибор, естественно, не может покрыть всего множества задач, встречающихся на практике. Поэтому для каждого кон­ кретного случая требуется либо разработка специаль-

Рис. В.7. Схема вычислительного устройства хроматографа: а) на блоках А У С ; 1, я — реле соотношения РС-ЗЗА; г — блок суммирования; 4 — блок деления; б) с применением линейных сопротивлений.

ной конструкции, либо необходимо располагать некоторым функционально полным набором приборов для элементар­ ных (типовых) операций.

Поскольку первая альтернатива явно неприемлема, принята вторая — схемы вычисления собираются из ти­ повых приборов.

Рассмотрим этот способ на примере нескольких вы­ числительных схем, применявшихся при автоматизации

производственных

процессов.

 

 

Схема вычисления, примененная в пневматическом

устройстве

для

обработки

информации

хроматографа

[152] с целью реализации уравнения вида

 

 

 

Рвых — ""2

~

?

 

состоит из

четырех блоков

системы

АУС

(рис. В.7, а).

Умножение входного давления р на постоянный коэф­

фициент /сх ] > 1 осуществляется

реле 1 РС-ЗЗА. Операция

Р Е — kiP

выполняется

сумматором БС-34А, а

умноже­

ние на коэффициент к2

^> 1, который превышает

макси­

мальный

коэффициент

реле

РС-ЗЗА, — охватом

блока

Смотрите также файлы