Файл: Арховский В.Ф. Основы автоматического регулирования учеб. пособие.pdf

ления с общими принципами работы элементов, надо их класси­ фицировать по определенному признаку, чтобы составить из все­ го многообразия элементов отдельные группы. Одним из таких способов является деление элементов по признаку выполнения ими определенных функций при работе в составе управляющего устройства.

При такой классификации большинство элементов может быть разделено на шесть групп:

1) чувствительные элементы, служащие для измерения дей­ ствительного значения управляемой величины;

2)элементы сравнения, служащие для сравнения предписан­ ного и действительного значений управляемой величины и, в слу­ чае их рассогласования по знаку или величине, дающие в систе­ му сигнал на устранение этого рассогласования;

3)преобразующие элементы, которые, воздействуя на сигнал (например, усиливая его), передают этот преобразованный сиг­

нал на исполнительные элементы

4)исполнительные элементы, перемещающие регулирующие органы управляемого объекта;

5)корректирующие элементы *, улучшающие динамические свойства системы, в частности, качество процесса управления и устойчивость системы;

6)задающие элементы (задатчики), или программные уст­ ройства, которые вводят в управляющее устройство задающую величину с целью реализации требуемого закона управления. Обычно они конструктивно не входят в состав управляющего устройства. Однако для лучшего понимания функций, выполня­ емых отдельными элементами в системе, будем считать задаю­ щие элементы условно входящими в их состав.

Познакомимся подробнее с отдельными элементами. Предпо­ ложим, что наблюдатель должен выполнить задачу, поставлен­ ную в разд. 1.2.5 (см. рис. 1.10). Доверим выполнить функции наблюдателя элементам управляющего устройства, т. е. заменим человека в системе техническим устройством. Тогда получим функциональную схему автоматической системы с обратной свя­ зью (рис. 1.16), в которой выделены конструктивно обособлен­ ные блоки, выполняющие определенные функции. Эти блоки, на­ зываемые функциональными, на схеме обозначены прямоуголь­ никами, а воздействия между ними — линиями со стрелками.

Задающий элемент (задатчик) постоянно посылает в элемент сравнения (ЭС) системы по цепи воздействия сигнал i/3aд. Чувст­ вительный элемент (ЧЭ), замеряя действительное значение уп­

равляемой величины уо, также выдает в элемент сравнения сиг­ нал уу. В ЭС поступившие сигналы сравниваются и, в случае рассогласования Дг/рас= г/зад—Уи выдаётся по цепи воздействия сигнал у2. Сигнал у2 поступает в преобразующий (усилитель­

* Корректирующие элементы иногда называют стабилизирующими.

23

ный) элемент (ПЭ), который, усиливая его до значения уз, пере­ дает в преобразованном виде на исполнительный элемент (ИЭ). Если сигнал г/2 ПЭ способен воспринять в том виде, в котором он выдается ЭС (например, ЭС выдает электрический сигнал и ИЭ является электрическим устройством), и сила его достаточна для приведения в действие ИЭ, тогда отпадает необходимость в ПЭ. Поэтому на рис. 1.16 этот элемент показан штриховыми ли-

Рис. 1.16. Функциональная схема системы автоматического управ­ ления

ниями. ИЭ, воспринимая сигнал г/3, выдает сигнал на регулиру­ ющий орган (РО), который с помощью управляющего воздейст­ вия у изменяет управляемую величину у0, устраняя рассогласо­

вание Дг/рас- Часто в технических системах процесс управления протекает

с большими начальными отклонениями и колебаниями управля­ емой величины, а иногда система вообще неустойчива, т. е. при получении входного воздействия управляемая величина неогра­ ниченно возрастает (штриховая кривая на рис. 1.8). Для устра­ нения этих недостатков, а также некоторых других функций, в систему вводят корректирующие элементы (КЭ). Подключение их в автоматическом управляющем устройстве может быть раз­ личным, поэтому на схеме (см. рис. 1.16) не показано конкрет­ ное подсоединение КЭ к какому-либо элементу. На этом же ри­ сунке КЭ изображен штриховыми линиями, так как наличие его в системе необязательно.

На управляемый объект может оказывать воздействие и не­ которая внешняя возмущающая сила f(t). При этом элементы управляющего устройства (при постоянном сигнале задатчика) подадут сигнал на регулирующий орган, который с помощью уп­

54

равляющего воздействия устранит возможное рассогласование

Al/pac-.

Необходимо иметь в виду, что отдельные конструктивные элементы управляющих устройств могут выполнять сразу не­ сколько функций. Кроме того, один и тот же конструктивный элемент может выполнять различные функции в зависимости от его места в системе.

Рассмотрим принципы действия и конструктивные схемы не­ которых элементов управляющих устройств, применяемых в ави­ ационных АСУ.

1.4.1. Чувствительные элементы

Обычно чувствительные элементы состоят из двух частей: чувствительного органа (датчика) и преобразующего блока, хо­ тя возможно оформление их в одном конструктивном элементе. Датчик непосредственно воспринимает величину измеряемого параметра и передает соответствующий ему сигнал через преоб­ разующее устройство к последующему элементу системы.

Все ЧЭ можно классифицировать в зависимости от физиче­ ской природы сигнала, воспринимаемого датчиками. В АСУ ле­ тательных аппаратов нашли применение следующие группы ЧЭ: давления, расхода жидкости или газа, уровня жидкости, угловой скорости вращения (числа оборотов), температуры и электриче­ ского напряжения (тока). Некоторые типы ЧЭ схематично при­ ведены на рис. 1.17.

Блок анероидных коробок (б) — это набор отдельных упру­ гих элементов, из внутренних полостей которых выкачан воздух. При изменении давления снаружи коробок (г/0) происходит их расширение или сжатие, а значит, и изменение выходного сигна­ ла tji.

Сильфон (в) воспринимает перепад давлений у0' и у"о внут­ ри и снаружи тонкостенной гофрированной трубки, выполненной из упругого материала. В системах управления В Р Д — обычно это перепад между полным давлением в каком-то сечении дви­ гателя и атмосферным давлением. Изменение перепада давлений ведет к выдаче сигнала г/i.

Принцип действия ротаметра (г) основан на том, что при движении жидкости в конической трубе поплавок; находящийся в восходящем потоке, устанавливается на такой высоте, где его вес равен подъемной силе, зависящей от скорости обтекания поп­ лавка. Чем больше расход жидкости, тем выше положение поп­ лавка, тем на большую величину изменяется сигнал г/ь

В дроссельных датчиках (д ) нашли применение трубка Вен­ тури, диафрагмы и сопла, через которые пропускается жидкость. Скорость потока в их узком сечении увеличивается, а вызванное этим уменьшение статического давления используется как вход­

25

ной сигнал элемента. При изменении соотношения между у0' и у0" возникает выходной сигнал г/ь

Известно, что две спаянные металлические пластинки, имею­ щие разные коэффициенты линейного расширения и закреплен­ ные жестко одним концом, при изменении окружающей темпера­ туры поворачиваются относительно места заделки. Этот принцип положен в основу работы биметаллического датчика (к ). Выход-

Рис. 1.17. Чувствительные элементы

26

ным сипналом уi в нем служит перемещение свободного конца пластин.

Принцип действия термопар (л) основан на возникновении электрического тока в результате действия термоэлектродвижу­ щих сил в цепи, составленной из двух разнородных проводников, спаи которых имеют разную температуру (например, один спай находится в двигателе, другой — в приборе, установленном в ка­

внутри которого вмонтирован сильфон. Внутренняя полость сильфона соединена с атмосферой. Полость между патроном и сильфоном заполнена жидкостью. Работа гидравлического тер­ мометра основана на изменении объема жидкости при измене­ нии температуры (у0), что вызывает сжатие или растяжение сильфона, а значит, и возникновение выходного сигнала уь

1.4.2.Задающие элементы (задатчики)

Всистемах управления ВРД в качестве задатчиков наиболь­ шее применение нашли механические, гидравлические и электри­ ческие устройства.

На рис. 1.18 в качестве примера приведен механический за­ датчик регулятора числа оборотов ТРД. Летчик из кабины само­

на изменение сигнала узад) поступает по гидравлическим каналам путем изменения давлений в полостях

цилиндра поршня 3. Величины давлений р х и р2 регулирует лет­ чик из кабины самолета с помощью специального устройства.

Электрические и электронные задающие элементы, особенно программные, значительно сложнее по конструкции и принципам действия. В АСУ ГТД нашли применение электрические задаю­ щие устройства, работающие совместно с регуляторами темпера­ туры газа перед турбиной, числа оборотов двигателя, давления воздуха за компрессором и др.

27

Программные задающие устройства применяются главным образом при постановке задачи оптимизации управления, т. е. получения от системы в любой момент времени наивыгоднейших параметров в за.висимости от внешних ус­ ловий. Кроме того, программные устройства могут задавать определенную программу системе, выполнение которой позволяет по­ лучить изменение управляемой величины по определенному заранее известному закону.

Примером такого программного задающего элемента (рис. 1.20) служит профилирован-

торый, поворачиваясь с заданной скоростью с помощью часового механизма, изменяет положение ползунка 2 потенциометра 3, тем самым задавая по определенному закону величину управляющего сигнала узад.

ГТД — суммирование (вычитание), осуществляется с помощью механических, гидравлических и электрических ЭС. Некоторые типы элементов суммирования приведены на рис. 1.21.

1.4.4. Преобразующие элементы

Как было отмечено выше, ПЭ могут входить в состав ЧЭ, а иногда представлять собой единое целое, в котором трудно выде­ лить отдельные элементы. Например, в центробежном регулято­ ре числа оборотов ротора ТРД в самом ЧЭ происходит преобра­

28

зование вращательного движения грузиков в поступательное движение штока (см. рис. 1.18).

В некоторых АСУ преобразующие устройства составляют са­ мостоятельные элементы. Одной из основных функций, выполня­ емых ими, является усиление сигналов. Такие ПЭ называются у с и л и т е л я м и.

Преобразователи по виду преобразующего сигнала можно подразделить на механические, тепловые, электрические, опти­ ко-электрические и др.

В системах управления ВРД в настоящее время нашли при­ менение следующие типы преобразователей:

—механические, преобразующие сигналы давления, скорости вращения и т. п. в сигналы перемещения, а также усиливающие гидравлические и пневматические сигналы путем использования вспомогательной энергии (пневматические и гидравлические уси­ лители) ;

—тепловые, преобразующие сигналы теплового воздействия

всигналы механического перемещения или электрического тока;

—электрические, в которых электрические сигналы усилива­

29