Файл: Арховский В.Ф. Основы автоматического регулирования учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.06.2024
Просмотров: 104
Скачиваний: 1
ются по 'напряжению, току и т. п., а также преобразуются во вращательное движение и механическое перемещение;
— оптико-электрические, использующие для преобразования сигналов свойства фотоэффекта (например, замер температуры поверхности узлов ВРД ).
Некоторые типы ПЭ показаны на рис. 1.22. Работу поршне вых гидравлических усилителей — серводвигателя с ЖОС (а) и гидроусилителя типа «сопло—заслонка» (б) рассмотрим в даль нейшем совместно с исполнительными элементами.
30
Принцип действия сильфонного датчика давления (в) осно ван на перемещении рычага 3 (выходной сигнал г/3) под действи ем изменения линейного размера сильфона 1, внутрь которого подается давление из какой-нибудь полости объекта управления (входной сигнал г/г). Для того чтобы окружающее сильфон 1 давление не влияло на перемещение г/3, предусмотрен дополни тельный компенсационный сильфон 2, из которого выкачан воз дух. Любое изменение окружающего давления вызывает одина ковые, но противоположно направленные усилия от сильфонов, а
значит, и независимость сигнала от |
окружающего |
давления. |
|
В таком сильфонном датчике, кроме |
преобразования |
сигнала, |
|
происходит и вычитание двух сигналов (с помощью |
рабочего и |
||
компенсационного сильфонов), т. е. одновременно |
выполняется |
||
функция ЭС. |
|
|
|
Принцип действия терморезисторов |
(термометров сопротив |
ления) основан на изменении электрического сопротивления некоторых проводников под воздействием температуры. При из менении входного сигнала yz в виде отклонения температуры сре ды, в которую помещен терморезистор (переменное сопротивле ние на рис. 1.22, г), от установившейся общее сопротивление це пи будет изменяться. Согласно закону Ома, напряжение ивЫх, онимаемое с активного сопротивления R, при этом также не ос тается постоянным. Это изменение напряжения и служит выход ным сигналом г/3.
Угольный ПЭ (д ) представляет собой столбик, 'набранный из графитовых дисков 1. Изменяя с помощью рычага 2 величину сжатия дисков, можно получать различное сопротивление в мес тах соприкасания дисков. При этом общее сопротивление цепи также изменяется, а значит, преобразуется и выходной сигнал Уз. Такой элемент часто называют угольным реостатом.
Принцип работы электронного усилителя (е) основан, как известно, на свойстве усиливать анодный ток (сигнал г/3) путем подачи напряжения между сеткой С и катодом К (сигнал у2). Наибольшему изменению этого напряжения соответствует значи тельное изменение анодного тока по сравнению с таким же изме нением анодного напряжения.
1.4.5. Исполнительные элементы
ИЭ — это силовые элементы, так как только достаточно мощ ным сигналом можно воздействовать на РО, перестановочные усилия на котором часто достигают больших величин. Сами ИЭ не усиливают сигналы, поэтому и выходной сигнал также дол жен быть достаточно сильным. Эти элементы конструктивно вхо дят в единый блок с гидравлическими или пневматическими уси лителями. Такие блоки называют с е р в о м о т о р а м и , с е р в о д в и г а т е л я м и , с е р в о п р и в о д а м и , или с е р в о м е х а- н и з м а м и.
31
Основными типами ИЭ являются пневмогидравлические дви гатели (рис. 1.23), работа которых заключается в создании пере становочных усилий на поршне, мембране, эластичной перего родке за счет разности давлений газа или жидкости в полостях, разделенных подвижными перегородками. Эту разность создают ПЭ.
Рис. 1.23. Исполнительные элементы
На рис. 1.22, а показана схема гидравлического серводвига теля, нашедшего применение в системах автоматического регу лирования числа оборотов ТРД, в гидромеханизмах, осуществ ляющих управление поворотными лопатками осевого компрессо ра и в других системах.
При перемещении золотника 1 вверх под действием входного сигнала г/г открывается доступ рабочей жидкости с давлением Рраб в полость над поршнем 4 неподвижного цилиндра 3. По лость под поршнем при этом соединяется со сливной магистра лью (давление жидкости р сл). Так как Рр^^рсл, то поршень 4 начинает движение вниз. Таким образом, сигнал г/г. проходя че рез ПЭ, принимает значение г/3, а на выходе из ИЭ становится равным г/4.
Для улучшения динамических свойств серводвигателя в кон струкцию введена жесткая обратная связь, осуществляемая ры
32
чагом 5. При движении поршня 4 вниз рычаг будет поднимать корпус 2 золотника вверх до тех пор, пока отверстия в корпусе не перекроются кромками золотника, что приведет к остановке поршня. Таким образом происходит слежение поршнем за пере мещением золотника.
Рычаг обратной связи в серводвигателе выполняет и функ цию ЭС, суммируя сигналы г/г и г/4 в относительном движении зо лотника 1 и его корпуса 2.
Аналогична работа и серводвигателя, ПЭ которого служит устройство типа «сопло—заслонка» (см. рис. 1.22, б). При нейт
ральном положении заслонки 3 слив |
из сопел 1 и 2 одинаков и |
|
давления над и под поршнем 4 равны. |
Перемещение |
заслонки |
от входного сигнала г/г вызывает различное истечение |
из сопел |
(дросселирование одного сопла), что нарушает равенство дав лений в полостях цилиндра. Поршень 4 перемещается, создавая выходной сигнал г/4.
Принцип действия электромагнита (см. рис. 1.23, в) основан на использовании закона электромагнитной индукции. Обяза тельными частями электромагнита являются неподвижный сталь ной магнитопровод с расположенной на нем обмоткой- (катуш ка) и подвижный якорь (сердечник). При подаче электрического сигнала на обмотку сердечник втягивается внутрь катушки, тем самым вырабатывая сигнал перемещения г/4.
В качестве электрических двигателей в системах управления ВРД нашли применение электродвигатели постоянного тока с независимым и последовательным возбуждением. Основным ка чеством, необходимым для таких двигателей, является обеспече ние реверсирования, т. е. создания двигателем перестановочного
момента, соответствующего |
перемещению |
г/4 как по часовой, |
так и против часовой стрелки. |
На рис. 1.23, |
г схематично изобра |
жен двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (обмотка возбуждения обозначена ОВ). Входным сигналом г/3 для такого двигателя является входное напряжение,' поступаю щее от электромашиниого или другого типа усилителя. Направ ление вращения вала серводвигателя (г/4) зависит от знака вход ного напряжения, а угловая скорость — от его величины.
1.4.6. Корректирующие элементы
Требования к АСУ предусматривают их устойчивую работу, а также выполнение ими определенных программ управления. Так, в большинстве насосов-регуляторов ВРД необходимо поддержи вать постоянное командное давление топлива в магистралях под вода его к различным управляющим устройствам (регулятору числа оборотов, гидрозамедлителю и т. п.); в электрических це пях стабилизировать напряжения, а иногда ток и частоту. Эти функции в системах выполняют КЭ.
2 |
3990 |
33 |
К таким элементам относятся |
устройства, обеспечивающие |
жесткие (механические) и гибкие |
(гидравлические) обратные |
связи; преобразователи скорости |
в перемещение (в частности, |
центробежный датчик числа оборотов); гидравлические и пнев матические стабилизаторы (например, клапан постоянного дав ления топлива в насосах-регуляторах ГТД); электрические ста
билизирующие и корректирующие элементы, |
выполненные |
на |
|||
|
активных сопротивлениях и емкостях, |
||||
|
и др. |
|
|
|
|
|
Жесткая обратная связь расмотре- |
||||
|
на выше на примере статического сер |
||||
|
водвигателя с ЖОС |
(см. рис. 1.22,а). |
|||
|
Подача сигнала отрицательной обрат |
||||
|
ной связи л'о.с. (со знаком, |
противопо |
|||
|
ложным знаку выходного сигнала) |
поз |
|||
|
воляет улучшить качество регулирова |
||||
|
ния. Действительно, движущийся |
под |
|||
|
управлением золотника 1 поршень 4 |
||||
|
серводвигателя через |
рычаг обратной |
|||
|
связи 5 .влияет на положение золотника |
||||
Рис. 1.24. Стабилизатор |
относительно корпуса |
2. |
Значит, |
по |
|
мере движения поршня золотник воз |
|||||
давления |
|||||
вращается в исходное положение отно |
|||||
|
|||||
|
сительно каналов подвода |
управляю |
щей жидкости в полости цилиндра 3. Серводвигатель сам управ ляет своим положением, чем значительно снижает перерегулиро вание.
Примером пневматического или гидравлического стабилиза тора может служить стабилизатор давления (рис. 1.24). Прин цип его работы заключается в следующем. Жидкость или газ под высоким давлением рвх поступает в полость 1. Перетекание жидкости или газа в полость 3 зависит от положения клапана 2, управляемого поршнем 4. Давление на выходе рвых будет под держиваться стабильно постоянным в зависимости от положения регулирующего винта 7, который через поршень 6 и пружину 5 воздействует на поршень 4. Действительно, при каком-то фикси ровании положения винта в случае увеличения давления рвых (например, из-за засорения каналов .на выходе) поршень 4 под нимется и прикроет проход между золотником 2 и корпусом 8. Давление в полости 3 уменьшится, а значит, упадет и давление Рвых до величины, близкой к предписанному значению.
ГЛАВА II
КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
2.1. ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Существующие системы автоматического управления и реп ■ лирования можно классифицировать по различным признакам. На рис. 2.1 приведена возможная классификация систем управ-
По н а зн а ч е н и ю (характеру управляемых величин')
Рис. 2.1. Классификация систем автоматического управления ВРД
2* |
35 |
|
ления воздушно-реактивных двигателей. В основу этой класси фикации положены шесть наиболее существенных признаков, ис пользуя которые, можно любую систему управления ВРД отне сти к тому или иному классу.
2.2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ПО НАЗНАЧЕНИЮ
По назначению различные АСУ можно классифицировать в зависимости от того объекта, над которым осуществляется про цесс управления. Таковы системы управления самолетом, воз душно-реактивным двигателем, радиолокационными станциями, металлорежущими станками и т. и. Обычно управляемые объек ты оборудуются несколькими автоматическими системами в за висимости от количества управляемых величии. В этом случае возможно классифицировать системы по характеру управляемых величин—скорости вращения роторов, температуре и давлению газа или жидкости, напряжению и частоте тока и т. д. На рис. 2.1 для систем управления ВРД выделены САР числа оборотов двигателя и температуры газа перед турбиной, АСУ угла поворо та направляющих аппаратов осевого компрессора и др.
2.3. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ
Принцип автоматического управления определяет характер алгоритма (закона) управления, показывая, как и иа основе ка кой информации вырабатывается управляющее воздействие в системе. Назначив принцип действия системы, нетрудно выбрать и технические средства для осуществления цели управления. Од нако вьт-бор принципа управления не всегда оказывается легкой задачей, так как приходится учитывать не только требования к системе управления и её свойства, но и характер возмущающих и задающих воздействий.
Большинство систем по этому признаку можно классифици ровать на разомкнутые, замкнутые и комбинированные. Им со ответствуют принципы управления по возмущению (принцип ком пенсации), отклонению и комбинированный принцип, использую щий два первых.
Впоследнее время, в связи с бурным развитием кибернетики,
втехнике начал применяться принцип адаптации (приспособле ния). Системы, работающие иа этом принципе, вырабатывают управляющее воздействие путем проб и анализа результатов этих проб, а также путем специальных воздействий, вырабатыва емых кибернетическими устройствами. Часто такие системы на зывают самоприспосабливающимися.
2.3.1.Разомкнутые системы управления
Вразомкнутой системе возмущающее воздействие может од новременно оказывать влияние на объект управления (УО) и ав-
36
томатпческое управляющее устройство (АУУ), способное воспри нимать это воздействие. Принцип управления по возмущению, использованный здесь, заключается в том, что АУУ (рис. 2.2.), воспринимая возмущения f(t), изменяет величину управляюще го воздействия y(t) так, чтобы предотвратить отклонение дейст вительного значения управляемой величины л'вых(0 от ее предписанного значения. АУУ компенсирует возможное отклонение параметра объекта, что и нашло отражение в другом названии этого принципа — принцип компенсации. В системах, работаю-
УпраВпяемая
С*
5! R
5
<§8
Рис. 2.2. |
Функциональная схема |
Рис. 2.3. Принципиальная схема |
системы |
управления с разомк |
автомата запуска ГТД |
нутой |
цепью воздействия |
|
щих по этому принципу, нет обратной связи между ее элемента ми, поэтому такие системы называются системами с разомкнуты ми цепями воздействий.
Примером разомкнутой системы автоматического управления может служить автомат запуска (АЗ) ГТД, снабженный высот ным корректором (рис. 2.3). АЗ состоит из клапана 1, закреплен ного на рычаге 2; эластичной перегородки 3, разделяющей гид равлическую А и воздушную Б полости; мембраны 5, нагружен ной с одной стороны усилием пружины 6 и давлением воздуха
из-за компрессора двигателя р к*, редуцированным |
в полости В |
|
жиклером стравливания 7, а с другой— усилием |
от рычага 2 и |
|
давлением окружающей среды рш. На неработающем |
двигателе |
|
слив топлива из напала 8 закрыт клапаном 1 (под |
действием |
пружины 6). При запуске ГТД на старте под действием давле ния топлива риас клапан 1 открывается, чем обеспечивается пе репуск части топлива, поступающего к форсункам, на слив. По мере нарастания числа оборотов двигателя давление воздуха за компрессором рк* растет, что приводит к постепенному прикры тию слива ’клапаном 1 и увеличению подачи . топлива в камеру сгорания.
С подъемом на высоту для обеспечения нормального запуска двигателя необходимо уменьшать подачу топлива в камеру сго рания в соответствии с уменьшением воздуха, поступающего в
37