Файл: Арховский В.Ф. Основы автоматического регулирования учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.06.2024
Просмотров: 98
Скачиваний: 1
ющимн. Их можно включать между различными |
точками систе |
|||||||||||
мы, как это показано на рис. 7.47 штриховыми линиями. |
Вклю |
|||||||||||
чение корректирующего элемента |
К.Уз неэффективно, |
так как |
||||||||||
оно охватывает малоинерционный блок усили |
|
|
|
|||||||||
теля. Наиболее целесообразными являются |
|
|
|
|||||||||
включения |
корректирующих элементов |
КУ1 и |
|
|
|
|||||||
КУ2. Анализ системы с элементом |
КУ|, |
который |
|
|
|
|||||||
называется |
в САР |
акселерометром, |
и |
системы |
|
|
|
|||||
с элементом КУг, который называется в САР |
|
|
|
|||||||||
изодромом, указывает на улучшение |
динамиче |
|
|
|
||||||||
ских свойств системы. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Более сложные САР авиационных двигателей |
|
|
|
|||||||||
требуют детального |
знания связей |
структурных |
|
|
|
|||||||
схем и оценки целесообразности включения кор |
|
|
|
|||||||||
ректирующих блоков. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Время анализа устойчивости и качества САР, |
|
|
|
|||||||||
включая |
время |
установления |
корректирующих |
|
|
|
||||||
устройств |
между |
предполагаемыми |
точками си |
Рис. 7.47. Воз |
||||||||
стемы, составляет при моделировании |
аналого |
|||||||||||
можные |
вари |
|||||||||||
вых вычислительных машин несколько секунд. |
||||||||||||
анты |
включе |
|||||||||||
Большое число предполагаемых и возможных |
ния корректи |
|||||||||||
вариантов включения устройств коррекции указы |
рующего |
(ре |
||||||||||
вает на |
актуальность моделирования |
САР дви |
ального |
диф |
||||||||
гателей |
именно на |
аналоговых |
вычислительных |
ференцирующе |
||||||||
го) |
блока в |
|||||||||||
машинах. |
|
|
|
|
|
|
|
САР ТРД |
||||
7.9.МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
СРЕАЛЬНЫМИ РЕГУЛЯТОРАМИ
Обычно проблема проектирования САР содержит две задачи, выполняемые одна за другой.
К первой относится синтез САР по различным критериям эф фективности (стоимости, точности, быстродействия, объему и т. д.), детальный анализ выбранного варианта построения САР и определение отдельных конструктивных решений.
Вторая задача заключается в испытании опытного образца САР (или макета САР). Испытание реального опытного образца на действующем двигателе сопряжено с трудностями задания граничных значений параметров, а в ряде случаев и с опасно стью разрушения двигателя (или самолета, если испытания проводятся в воздухе) из-за введения граничных условий или изза неточной реализации. Поэтому и появился метод моделирова ния с реальным регулятором или метод полунатурного модели рования. При этом одна часть схемы содержит некоторые САР' и объекты регулирования, реализованные на модели, а вторая; часть содержит образец опытного устройства системы регули рования.
На рис. 7.48 приведена функциональная схема полунатурнопт
201
моделирования регулятора расхода топлива по температуре в
ТРД.
Схема содержит модель двигателя (схема моделирования), реальный регулятор расхода топлива и устройство сопряжения.
В регулятор входят чувствительные элементы (термопара), усилительные элементы (магнитный усилитель, электронный усилитель), преобразующие элементы (Двигатель постоянного
Рис. 7.48. Структурная схема полунатурного моделирования
тока), исполнительный элемент (сервопоршень с дроссельным краном).
Устройство сопряжения включает схему преобразования нап ряжения со схемы моделирования АВМ в температуру (ПНТ) и схему преобразования перемещения дроссельного крана (или сервопоршия) в напряжение ППН, например, с помощью потен циометра.
Важным этапом при объединении аппаратуры и модели яв ляется согласование сопрягаемых параметров: в приведенном вы ше случае выходного напряжения «модели двигателя» с изме нением чувствительного элемента (термопары) и перемещение дроссельного крана со входным напряжением «модели двигате ля». При выборе масштабов (см. разд. 7.3.4) необходимо опре
202
делить максимальные значения моделируемых и реальных пере менных. Максимальные значения моделируемых переменных оп ределяются типом АВМ, т. е. шпалой усилителей АВМ. Для АВМ типа МН-7 это будет ±100 В. Максимальные значения ре альных переменных обусловлены конструктивными параметра ми — максимальным значением температуры чувствительного элемента и максимальным перемещением дроссельного крана.
Если максимальное значение температуры чувствительного элемента равно 500° С, масштаб выходной переменной с АВМ бу дет равенщг= 100 В/500°С = 0,5 В/0 С.
Максимальное перемещение дроссельного крана, если при нять равным 12,5 мм, то масштаб входной переменной Ki будет равен 100 В/12,5 мм = 8 В/мм.
Задавая различные входные воздействия на модель двигате ля, можно следить за работой регулятора.
Полный стенд проверки работы регулятора обычно содержит различные измерительные устройства, например, для рассмат риваемого случая — измеритель выходного напряжения с маг нитного усилителя, измеритель перемещения золотника, измери тель перемещения сервопоршня, отградуированного, например, в массовом объеме топлива и т. д. Измерители могут быть пред ставлены в виде стрелочных приборов, в виде приборов с цифро вым отсчетом. Очень удобны для анализа переходных процессов измерители, представляющие визуально-индикаторные устройст ва с фиксацией предыдущих измерений, например, прибор, ис пользующий электроннолучевую трубку с длительным послесве чением экрана (или трубку с темповой записью) или шлейфовый осциллограф.
Однако полунатурное моделирование может быть представле но и в другой форме, например, устройства управления реальные, а двигатель с регуляторами моделируется на вычислительной машине.
Испытание новых типов двигателей требует больших затрат времени и средств, связанных с расходом горючего, амортиза цией двигателей и летательных аппаратов, а при испытаниях на предельных режимах работы двигателя — с опасностью их раз рушения. В этих условиях проблема замены реального двигате ля его моделью представляется весьма целесообразной. Модели двигателей представляют собой наземные электронные схемы, которые поставляют летчику-испытателю, в соответствии с его действиями в макете кабины самолета, ответные сведения о по ведении двигателя и самолета как в визуальном виде, так и в ви де звуковой сигнализации, а в ряде случаев — и в механическом воздействии на испытателя. Для формирования внешних воздей ствий испытательные установки дополняются пультом конструк тора, который изменяет значения исходных параметров отдель ных САР, структуру САР, параметры двигателя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беседы по автоматике. Под ред. П. И. Чииаева. Киев, «Технпса», 1971,
230с.
2. Гродинз Ф. Теория регулирования и биологические системы. М., «Мир»,
1966, 254 с.
3. Добронравов О. Е., Кириленко Ю. И. Основы автоматического регули рования, автоматы и системы управления летательных аппаратов, М., «Маши
ностроение», 1965, 491 с.
4. Клюев А. С. Автоматическое регулирование. М., «Энергия», 1967, 344 с. 15. Колосов С. П., Калмыков И. В., Нефедова В. И. Элементы автоматики.
М., «Машиностроение», 1370, 392 с.
6.Кринецкий И. И. Основы авиационной автоматики. М., «Машинострое ние», 1969, 404 с.
7.Крутов В. И., Спорыш И. П., Юношев В. Д. Основы теории автомати
ческого регулирования. Под ред. В. И. Крутова, М., «Машиностроение», 1969,
358с.
8.Лернер А. Я. Начала кибернетики. М., «Наука», 1967, 400 с.
9.Основные понятия автоматики. Терминология АН СССР. Комитет на
учно-технической информации. М., «Наука», 11966, вып. 71, 19 с.
10. Попов Е. П. Автоматическое регулирование. М., Гостехнздат, 1956,
296с.
11.Черкасов Б. А. Автоматика и регулирование воздушно-реактивных
двигателей. М., «Машиностроение», 1965, 402 с.
12.Шевяков А. А. Автоматика авиационных и ракетных силовых устано вок. М., «Машиностроение», 11370, 659 с.
13.Ланда П. С., Харламов А. А. Машина решает. М., «Просвещение»,
1970, 160 с.
14. Шилейко А. В. Основы аналоговой вычислительной техники. М., «Энер гия», 1967, 216 с.
115. Коган Б. Я. Электронные моделирующие устройства и их применение) для исследования систем автоматического регулирования. М., Физматгиз, 1963, 495 с.
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
|
|
Стр. |
Предисловие........................................... |
............................................................. |
3 |
|
Введение |
.............................................................................................................. |
|
|
Гла ва I . Основные понятия и определения.................................................. |
|
||
1.1.Общие сведения об управлении и регулировании.............................. |
7 |
||
1.2. Понятие о системах и воздействиях на н и х ...................................... |
8 |
||
1.2.1. |
Система нулевого порядка............................................................. |
10 |
|
1.2.2. |
Система первого порядка............................................................... |
12 |
|
1.2.3. |
Система второго порядка............................................................. |
15 |
|
1.2.4. |
Система высшего порядка.............................................................. |
17 |
|
1.2.5. Системы с обратной связью ......................................................... |
18 |
||
1.3. Общая терминология.............................................................................. |
|
13 |
|
1.4. Элементы автоматических управляющих устройств....................... |
22 |
||
1.4.1. |
Чувствительные элементы . .......................................................... |
25 |
|
1.4.2. |
Задающие элементы (задатчики)................................................ |
27 |
|
1.4.3. |
Элементы сравнения....................................................................... |
28 |
|
1.4.4. |
Преобразующие элементы.............................................................. |
28 |
|
1.4.5. Исполнительные элементы .............................................................. |
31 |
||
1.4.6. Корректирующие элементы.............................................................. |
33 |
||
Гла ва II. |
Классификация систем автоматического управления . . . . |
35 |
|
2.1. Принципы классификации автоматических систем........................... |
35 |
||
2.2. Классификация систем по назначению............................................... |
36 |
||
2.3. Классификация систем по принципу действия................................... |
36 |
||
2.3.1. |
Разомкнутые системы |
управления................................................ |
36 |
2.3.2. Замкнутые системы управления.................................................... |
38 |
||
2.3.3. Комбинированные системы управления....................................... |
39 |
||
2.4. Классификация систем |
по наличию и виду вспомогательной |
|
|
энергии . . . . ....................................................................................... |
41 |
||
2.5. Классификация систем по виду задающей программы................... |
41 |
||
2.5.1. Системы стабилизации................................................................... |
42 |
||
2.5.2. Системы программного управления.............................................. |
42 |
||
2.5.3. Следящие системы........................................................................... |
|
43 |
|
2.5.4. Системы оптимального управления................................................ |
45 |
||
2.6. Классификация систем по характеру управляющего воздействия |
47 |
||
2.6.1. |
Системы непрерывного управления................................................ |
47 |
|
2.6.2. |
Системы прерывного управления.................................................. |
48 |
|
2.7. |
Классификация систем по числу контуров.................................. |
|
|
Гл а ва III. Основные характеристики автоматических систем и их эле |
|
||
|
ментов .......................................................................................... |
|
53 |
3.1. Формы выражения свойств автоматических систем ...................... |
53 |
||
3.2. Принципы составления и |
методы решения уравнений движения |
|
|
автоматических систем и их элементов ..................................................... |
54 |
||
3.2.1.Обобщенное уравнение переходного процесса в управляемых
объектах............................................... |
. . . -.......................................... |
55 |
205
|
|
|
|
|
Стр. |
3.2.2. Методы решения дифференциальных уравнений........................... |
57 |
||||
3.3. Статические характеристики автоматических систем и их элемен |
|
||||
тов ......................... |
|
|
|
|
60 |
3.4. Понятие о линеаризации характеристик................................................ |
|
62 |
|||
3.5. Динамические характеристики элементов и автоматических систем |
64 |
||||
3.5Л. |
Графическое изображение динамических характеристик . . . . |
65 |
|||
3.5.2. |
Передаточные ф ункции.............................................................................. |
|
66 |
||
3.5.3. Понятие о частотных характеристиках.............................................. |
|
67 |
|||
3.6. Динамические звенья |
автоматических с и с т е м ....................................... |
|
71 |
||
3.6.1. |
|
Общие сведения о з в е н ь я х .............................................................. |
|
71 |
|
3.6.-2. |
|
Пропорциональное з в е н о .......................................................................... |
|
72 |
|
3.6.3. |
|
Интегрирующее |
з в е н о ............................................................................ |
|
75 |
3.6.4. |
Апериодическое |
з в е н о ............................................................................ |
|
77 |
|
3.6.5. |
|
Дифференцирующее з в е н о ...................................................................... |
|
80 |
|
3.6.6. |
|
Колебательное з в е н о ................................................................................... |
|
82 |
|
3.6.7. Типовые соединения з в е н ь е в ................................................................... |
|
83 |
|||
3.7. Составление уравнении движения автоматических |
систем . . . |
85 |
|||
Гл а ва IV . Системы автоматического управления и регулирования . . . |
89 |
||||
4.1 Управляемые объекты . |
|
89 |
|||
4.1.1. |
|
Общие сведения |
.......................................................................................... |
|
89 |
4.1.2. Свойства управляемых о б ъ ек то в ............................................................ |
|
89 |
|||
4.2. ТРД как объект регулирования................................................................. |
|
98 |
|||
4.2.1. Уравнение ТРД как объекта регулирования.................................. |
|
93 |
|||
4.2j2. Анализ уравнения динамики Т Р Д ......................................................... |
|
98 |
|||
4.2.3. Способы нахождения 7Д и /гл ................................................................. |
|
101 |
|||
4.2.4. Основные требования к системам управления Г Т Д ...................... |
102 |
||||
4.2.5. |
|
Некоторые сведения о составлении уравнений |
движения ГТД |
|
|
усложненных схем с учетом внешних и внутренних воздействий . . |
ЮЗ |
||||
4.3. Структурная схема системы автоматического регулирования чис |
|
||||
ла оборотов Т Р Д ........................................................................................................ |
|
|
105 |
||
Гл а ва V. |
Устойчивость систем автоматического регулирования . . . . |
108 |
|||
5.1. Основные представления об устойчивости с и с т е м ............................... |
|
108 |
|||
5.1.1. |
|
Понятие устойчивости............................................................................... |
|
108 |
|
5Л.2. Виды переходных процессов ................................................................. |
|
109 |
|||
5.2. Устойчивость простейших систем . . ................................................... |
ПО |
||||
5.2.1. |
|
Устойчивость апериодических з в е н ь е в ................................................ |
|
ПО |
|
5.2.2. |
|
Устойчивость интегрирующего звена . ............................................... |
112 |
||
5.2.3. |
|
Устойчивость колебательного з в е н а .................................................... |
|
113 |
|
5.2.4. Предварительные выводы по простейшим си стем ам ............................ |
114 |
||||
5.3. Критерии устойчивости................................................................................... |
|
1,16 |
|||
5.3.1. Критерий устойчивости Рауса—Г у р в и ц а ............................................ |
|
1,16 |
|||
5.3.2. |
|
Критерий устойчивости М и хай л о ва ..................................................... |
|
118 |
|
5.3.3. Критерий устойчивости Н ай кви ста........................................................ |
|
122 |
|||
5.4. Выделение областей устойчивости............................................................ |
|
124 |
|||
5.4.1. |
|
Определение области устойчивости систем первого и второго |
|
||
п о р я д к о в ....................................................................................................................... |
|
|
125 |
||
5.4.2. Выделение области устойчивости систем методом объединения |
|
||||
парам етров....................................................................................... |
|
|
125 |
||
5.4.3. Определение ряда значений одного параметра устойчивой сис |
|
||||
темы |
|
............................................................................................................................. |
|
|
127 |
5.4.4.Определение значений двух параметров в области устойчивости
системы ....................................................................................................................... |
129 |
||
Гл а ва |
VI. |
Качество систем автоматического регулирования...................... |
131 |
6.1. |
Общие представления о качестве переходныхп р о ц ессов................ |
131 |
|
6.1.1. |
Показатели к а ч е с т в а ................................................................................ |
131 |
|
206
|
|
|
|
|
|
Стр. |
6.2. Диаграммы переходных процессов............................................................ |
|
133 |
||||
6.3. Основные характеристики систем, их эквивалентность.................... |
136 |
|||||
6.4. Степень устойчивости и степень колебательности .......................... |
139 |
|||||
6.5. Запасы основных показателей си ст ем ы ................................................... |
|
14-0 |
||||
6.5.1. Запасы устойчивости по амплитуде и ф а з е |
............................. . . |
141 |
||||
6.5.2. |
Запас системы |
по степени |
колебательности . .............................. |
142 |
||
6.6. Улучшение качества процессов систем автоматического регулиро |
|
|||||
вания |
.................................................. |
|
|
|
|
142 |
6.6.1. |
Структурные методы улучшения к а ч е с т в а ...................................... |
143 |
||||
6.6.2. Уменьшение |
статической |
о ш и б к и ...................................................... |
|
143 |
||
6.6.3. Коррекция динамических свойств С А Р ........................................... |
|
147 |
||||
6.6.4. Уменьшение коэффициента колебательности системы . . . . |
148 |
|||||
Гла ва VII. Моделирование систем |
автоматического |
регулирования . . |
150 |
|||
7.1. Принцип построения моделей |
................................................................ |
|
150 |
|||
7.1.1. |
Классификация моделей САР . ....................................................... |
150 |
||||
7.1.2. |
Вычислительные средства |
моделирования |
....................................... |
151 |
||
7.2. Аналоговые моделирующие м аш и н ы ......................................................... |
|
153 |
||||
7.2.1. |
Блок-схема |
моделирования |
системы второго порядка . . . . |
154 |
||
7.2.2. |
Структура |
и оборудование |
аналоговой м аш и н ы .......................... |
155 |
||
7.3. Моделирование линейных с и с т е м .............................................................. |
|
156 |
||||
7.3.1. Линейные универсальные решающие блоки А В М .......................... |
156 |
|||||
7.3.2. Линейные схемы звеньев С А Р ................................................................. |
|
158 |
||||
7.3.3. |
Усилитель |
постоянного т о к а .................................................................. |
|
160 |
||
7.3.4. |
Расчет масштабов параметров и времени моделирования . . . |
163 |
||||
7.3.5. Расч.ет значений элементов решающих блоков ............................... |
164 |
|||||
7.3.6. Составление схем моделей САР методом решения дифференци |
|
|||||
альных уравнении .................................................................................................... |
|
|
|
166 |
||
7.3.7. Схемы моделирования простых воздействий САР ..................... |
167 |
|||||
7.4. Моделирование нелинейных с и с т е м .......................................................... |
|
169 |
||||
7.4.1. |
Нелинейные решающие блоки АВМ . ............................................ |
169 |
||||
7.4.2. |
Модели типовых нелинейных звеньев С А Р .................................... |
171 |
||||
7.4.3.Расчет масштабов нелинейных блоков и параметров моделей . 174
7.4.4.Составление схем моделей САР авиационных двигателей с
учетом нелинейных звеньев .......................................................................... |
|
175 |
||
7.4.5. Схемы моделей воздействий нелинейного т и п а .............................. |
176 |
|||
7.5. Моделирование систем с запаздыванием . ....................................... |
177 |
|||
7.5.1. Запаздывание в двигателях и С А Р ..................................................... |
|
178 |
||
7.5.2. Модели САР с запазды ванием ............................................................. |
|
178 |
||
7.6. Моделирование САР с импульсными регуляторами.......................... |
179 |
|||
7.6.1. Особенности работы импульсных схем в С А Р ............................... |
180 |
|||
7.6.2. |
Схемы моделирования импульсных САР и преобразователей . |
182 |
||
7.7. Общая методика набора модели САР на А В М ................................... |
184 |
|||
7J.il. Разделение САР авиационных двигателей на типовые элементы |
185 |
|||
7.7.2. Составление схем моделей по уравнению переходного процесса |
|
|||
САР |
(математическое |
м о д ел и р о ван и е )............................................................. |
|
187 |
7.7.3. |
Составление схем |
моделей по структурной |
схеме САР . . . . |
188 |
7.7.4. Методика ввода и вывода данных в АВМ |
. .'.............................. |
189 |
||
7.8. Исследование САР |
на ее м о д е л и .............................................................. |
|
190 |
|
7.8.1. Определение основных показателей к а ч е с т в а .................................. |
190 |
|||
7.8.2.Определение области устойчивости систем в функции коэффи циентов .
7.8.3.Устройство для определения амплитудно-частотной характери
стики САР ................................................................................................................. |
194 |
7.8.4. Некоторые вопросы синтеза корректирующих блоков и связей |
194 |
7.9. Моделирование САР с реальными регуляторами................................... |
201 |
Список литературы .......................................................................................................... |
204 |
