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

ПРИЛОЖЕНИЕ

О ПАРАМЕТРАХ КАЧЕСТВА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Качество вычислительных устройств онределяется точ­ ностью реализации требуемых операций, определяемой отклонением реального выхода от расчетного. Это отклоне­ ние объясняется различного происхождения неидеальностями.

В соответствии с классификацией неидеальностей раз­ личают несколько параметров качества устройств.

Обязательно присутствующие в любых реальных уст­ ройствах паразитные сопротивления пневматического и механического происхождения с увеличением скорости из­ менения входных сигналов сильнее отклоняют выход от расчетного; параметром качества, характеризующим влия­ ние иа погрешность скорости (частоты) изменения входов и полностью определяемым паразитными сопротивлениями реального устройства, является быстродействие. Под быст­ родействием будем понимать максимальную частоту (ско­ рость) изменения входов, при которой эта составляющая погрешности не превышает допустимую величину.

Рабочая и окружающая среда, воздействуя на материа­ лы, из-за неидеальности последних приводят к изменениям параметров отдельных элементов устройств, накапливаю­ щимся со временем (реальным или условным, например, количеством импульсов, срабатываний); параметр качест­ ва, учитывающий эту составляющую погрешности, назы­ вают надежностью. Надежность характеризуют предель­ ным временем, за которое составляющая погрешности не превышает допустимую величину.

Изменения параметров окружающей среды (температу­ ры, атмосферного давления), воздействуя на материалы и рабочий газ, отклоняют параметры элементов, чем вносят свою составляющую погрешности.

Паразитные процессы и неидеальность конструкции обусловливают постоянную составляющую погрешности, имеющую место еще до эксплуатации, при номинальных

которые носят общий характер и поэтому не были рассмот­ рены применительно к конкретным типам устройств в соответствующих главах, а именно: быстродействию, на­ дежности, и связанным с определением качества вопросам измерения.

§ 18. Быстродействие устройств с подвижными телами

Ниже излагаются некоторые соображения о характере зависимости быстродействия устройств с подвижными те­ лами от различных параметров и о путях повышения быст­ родействия управляющих узлов *) таких элементов [146]. Приводимые выкладки сделаны для управляющих узлов с пренебрежимо малыми жесткостью и трением, что часто имеет место на практике. Анализ быстродействия для дру­ гих случаев может быть произведен по соответствующей схеме замещения управляющих узлов (см. § 3).

Быстродействие пневматических элементов с подвиж­ ными телами зависит от длительности перемещения под­ вижных тел и длительности протекания процессов в газах, в которую входит время передачи пневматических сиг­ налов.

Время ta перемещения тел может быть найдено из урав­ нения

оо

где h — рабочее перемещение (путь, совершаемый жестким центром управляющего узла), a (t) — ускорение при пере­ мещении жесткого центра управляющего узла.

Ускорение a (t) в соответствии со вторым законом Нью­ тона равно:

*) Возможные способы улучшения динамических характери­ стик исполнительных узлов обсуждены в § 5; линии связи не рас­ сматриваются.

§ 18] БЫСТРОДЕЙСТВИЕ УСТРОЙСТВ С П О Д В И Ж Н Ы М И Т Е Л А М И 487

менты управляющего узла с результирующей эффективной

В общем случае ускорение а меняется в процессе пере­ мещения тела, так как давление р к (t) даже в случае иде­ ального скачка давления в его источнике является функ­ цией времени, а постоянная времени линии, по которой

Рис. 18.1. Упрощенная схема замещения линии пере­ дачи управляющего сигнала от источника до входной камеры.

поступает это давление, соизмеримо с временем перемеще­ ния управляющего узла. Функцию рк (t) определим из упрощенной схемы замещения линии сигнала р к {t), при­ веденной на рис. 18.1. Она представляет собой апериоди­ ческое звено первого порядка, состоящее из выходного сопротивления Ru источника сигнала р к , камеры Va, за­ мещающей емкость канала от источника до управляющего узла, и камеры V управляющего узла, в которую поступа­ ет давление р к (t). Согласно уравнению апериодического звена

уравнений (18.2) и (18.3) в уравнение (18.1) и учитывая,

Когда давление р„ (t) изменяется очень быстро (Т —> 0), выражение для tn имеет вид:

При соответствующем исполнении время переключения пневматических элементов с подвижными телами может быть меньше десятой доли миллисекунды. Например, для

дает основания полагать, что рассмотренный элемент мо­

где tQ может быть приближенно найдено из уравнения (18.3) при подстановке р„ (t) = р„0.

Уравнения (18.7) и (18.8) позволяют определить при линейном нарастании сигнала р к (t) требование к парамет­ рам мембраны одномембранного элемента для обеспечения

крайнего положения в другое и обратно.

§ 18] БЫСТРОДЕЙСТВИЕ УСТРОЙСТВ С П О Д В И Ж Н Ы М И Т Е Л А М И 489

повышения быстродействия можно достичь уменьшением величин h, Т и отношения А = M/S3.

Уменьшение хода h достигается посредством выбора размеров соответствующих деталей и настройки с помощью ограничителей перемещения. Если h — перемещение уп­ равляющего узла, которое определяет расстояние между соплом и заслонкой, то его всегда полезно уменьшить до величины, равной примерно четверти внутреннего диа­ метра сопла * ) . При дальнейшем уменьшении h необходимо учитывать снижение максимальной проводимости узла и повышение требований к точности изготовления.

Уменьшение отношения А = M/S3 осуществляется по­ средством уменьшения массы М управляющего узла за счет применения в нем материалов с низкой плотностью и уменьшения толщин мембран и деталей жесткого центра.

Рассмотрим влияние жесткого центра на отношение А в одномембранных элементах. Для одномембранного управ­ ляющего узла с нежесткой мембраной без жесткого центра

(см. уравнение ( 5 . 6 ) )

Ам = - я - = — - д = ООмРм ( 1 8 . 1 U )

Э8

ине зависит от радиуса мембраны.

При наличии жесткого центра с радиусом г = kR

*) Легко показать, что, начиная с этого расстояния, дальнейшее сближение сопла и заслонки влияет на проводимость уела.