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

двигатель. Возмущающим воздействием в этом случае служит изменение давления окружающей среды рн, которое одновремен­ но действует на объект управления ГТД и высотный корректор (чувствительный элемент — анероиды 9). Усилие на пружине 6 уменьшается, что обеспечивает дозировку топлива в камеру сго­ рания по высотному закону в отличие от земного и, тем самым, предотвращает возможное переобогащение топливо-воздушной смеси. Таким образом, высотный корректор АЗ компенсирует действующее на двигатель возмущающее воздействие.

Достоинствами разомкнутых систем является их простота и надежность в работе, а также относительно большое быстро­ действие ввиду одновременности действия внешних возмущений на УО и АУУ. К недостаткам этих систем можно отнести невысо­ кую статическую точность поддержания значения управляемой величины как из-за отсутствия обратной связи между УО и АУУ (автомат «не чувствует» воздействия, оказываемого им на объ­ ект, а также не реагирует на изменение внутридвигательиых па­ раметров, к. п. д. узлов и т. п.), так и сложности учета различно­ го рода возмущений, которые могут одновременно воздейство­ вать на систему управления.

2.3.2.Замкнутые системы управления

Взамкнутой системе, работающей на принципе отклонений, АУУ воспринимает действительное значение управляемой вели­ чины и в случае отличия его от предписанного устраняет это рассогласование изменением управляющего воздействия. В об­ щем случае входным воздействием для АУУ будут как внешние, так.и внутренние (контрольные) воздействия. Обязательным эле­ ментом замкнутых систем является обратная связь. По ней пере­ дается информация об отклонении управляемой величины. Эле­ менты таких систем образуют замкнутый контур, охваченный главной обратной связью, а системы в целом называются систе­

(САР).

В качестве примера рассмотрим САР числа оборотов ТРД, принципиальная схема которой изображена на рис. 2.4, а соот­ ветствующая функциональная схема — на рис. 1.11.

Система работает следующим образом. Задание числа обо­ ротов осуществляется летчиком через РУД 3. Чувствительный элемент 2 регулятора (центробежный тахометр 4) замеряет чис­ ло оборотов ТРД 1 и в случае несоответствия их заданным пере­ мещает рычаг, связанный в точках В и С с преобразующим и исполнительным . элементами. К преобразующему элементу (золотник 5) подводятся рабочая жидкость от постороннего ис­ точника энергии и управляющий сигнал от рычага АВС. При дви-

38

женин точки В рычага открывается один из каналов подвода ра­ бочей жидкости Рраб в полость над или под поршнем 8 исполни­ тельного элемента 6, соединяя вторую полость со сливом. Под разностью давлений поршень начинает перемещаться, увеличи­ вая или уменьшая подачу топлива в двигатель с помощью регу­ лирующего органа (дозирующей иглы 7) до тех пор, пока число оборотов двигателя не вернется к исходному значению.

А В С

Рис. 2.4. Принципиальная схема системы регулирования числа оборотов ТРД

Таким образом, САР числа оборотов ТРД работает на прин­ ципе отклонений, поддерживая (с некоторой точностью) посто­ янное число оборотов двигателя при изменении, например, усло­ вий полета.

Достоинство замкнутых систем — высокая статическая точ­ ность поддержания управляемых величин. К недостаткам таких систем следует отнести относительно малое быстродействие и принципиальную невозможность предотвращения отклонения уп­ равляемой величины от предписанного значения, так как АУУ вступает в работу только при наличии этого отклонения.

2.3.3. Комбинированные системы управления

Для улучшения динамических и статических свойств АСУ соз­ даются комбинированные системы (рис. 2.5), которые использу­ ют лучшие качества как систем, работающих на принципе отк­ лонений, так и систем, работающих на принципе возмущений.

39

Некоторое усложнение и удорожание таких систем компенсиру­ ется повышением точности поддержания п регулирования управ­

туру, а управление температурой газа — по разомкнутому. В це­ лом же такая система является комбинированной.

Настройка управляющих устройств (регулятора п и автома­ та Г3*) на заданный режим работы осуществляется с помощью

Рис. 2.6. Функциональная схема системы управле­ ния ТВД

РУД через автомат объединенного управления (АОУ). По сооб­ ражениям прочности иногда в систему вводят специальный огра­ ничитель крутящего момента (ОКМ).

40

2.4. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ПО НАЛИЧИЮ И ВИДУ ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ

В гл. I было отмечено, что усилия на регулирующем органе системы могут достигать значительных величин. Для управле­ ния таким органом в цепь воздействий между чувствительным элементом и регулирующим органом часто устанавливаются ис­ полнительные, усилительные и другие элементы, использующие различного вида вспомогательную энергию. По виду этой энер­ гии большинство систем можно разделить на два класса — сис­ темы п р я м о г о и ‘н е п р я м о г о действия.

В системах прямого действия чувствительный элемент непо­ средственно управляет регулирующим органом. Например, в ав­ томате запуска (см. рис. 2.3), чувствительный элемент — мем­ брана 5 непосредственно (через рычаг 2) управляет положением регулирующего органа—клапана 1. Эту систему можно отнести к системе прямого действия.

Если чувствительный элемент связан с регулирующим орга­ ном через промежуточные элементы (преобразующие, исполни­ тельные, корректирующие), то такая система называется систе­ мой непрямого действия. Как известно, для управления проме­ жуточными элементами может быть использована электриче­ ская, гидравлическая, пневматическая или какого-либо другого вида энергия. По виду этой энергии можно дополнительно под­ разделить системы непрямого действия. Пример гидравлической системы непрямого действия, использующей в качестве вспомо­ гательной энергии энергию жидкости (масло, топливо), приведен на рнс. 2.4, где в цепь воздействий от чувствительного элемента (центробежного тахометра) до регулирующего органа (дозирую­ щей иглы) включен статический серводвигатель, а регулятор имеет корректирующий элемент — жесткую обратную связь (ры­ чаг ЛВС).

2.5. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ПО ВИДУ ЗАДАЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ

Важнейшим признаком любой автоматической системы явля­ ется закон (алгоритм) функционирования, ведущий к правильно­ му выполнению технического процесса в каком-либо устройстве или системе в целом. Такой закон характеризует п р о г р а м м у управления, по которой работает система, и показывает измене­ ние задающего воздействия хВх(1) во времени. Этот принцип и положен в основу классификации автоматических систем по виду задающей программы.

Системы управления и регулирования авиационных ВРД и многих других технических устройств, машин и агрегатов можно подразделить на четыре крупных класса: системы стабилизации и слежения, программные и оптимальные системы.

41

2.5.1. Системы стабилизации

Системой автоматической стабилизации называется такая система, в которой предписанное значение управляемой величи­ ны поддерживается постоянным при неизменном задающем воз­ действии.

Закон стабилизации имеет вид:

где -\'вых(0 и х'пых(£) — действительное и предписанное значе­ ния управляемой величины соответственно.

Система стабилизации должна устранять (с достаточной точ­ ностью) последствия любых возмущающих воздействий, способ­ ных нарушить выполнение закона (2.1).

В авиационной технике к системам автоматической стабили­ зации относятся САР числа оборотов ротора ТРД при работе ее с фиксированным положением РУД (см. рис. 2.4); система уп­ равления самолетным генератором, поддерживающая напряже­ ние постоянным; САР форсажного контура ТРДФ*, работающая на принципе поддержания постоянного перепада давлений возду­ ха за компрессором и газа за турбиной; система обогрева кабин самолета, обеспечивающая постоянство температуры воздуха в них и др.

2.5.2. Системы программного управления

Программная автоматическая система — это такая система, задачей которой является изменение во времени управляемой ве­ личины по заранее известной программе (закону). В общем слу­ чае программа функционирования системы определяется задаю­ щим воздействием xDX(0- Тогда закон программного управления будет иметь вид:

где /зад( 0 — заранее известная программа как функция вре­ мени.

К системам программного управления относятся АСУ поле­ том космических кораблей и вывода спутников земли на заранее рассчитанные орбиты; системы, обеспечивающие полет самолета по заранее известному курсу с помощью автопилотов и др.

Задание программы функционирования системы осуществля­ ется самым различным образом. Так, для обеспечения требуемой

* ТРДФ—сокращенное название турбореактивного двигателя с форсажной камерой.

42

подачи топлива в двигатель при приемистости * по эксперимен­ тально полученному закону (кривая 1 на рис. 2.7), отличному от закона дозировки топлива на установившихся режимах (кривая

жиму малого газа — минимально возможному устойчивому режи­ му работы ТРД, а пмакс и GT.MaKc — максимальному режиму, до­ пустимому для данного двигателя).

2.5.3. Следящие системы

Следящей называется система, в которой закон изменения уп­ равляемой величины заранее неизвестен и определяется пере­ менной величиной, действующей на вход автоматической систе­ мы. Этот закон описывается изменением задающего воздействия xBX(t) в зависимости от заранее неизвестной функции времени

е.

Вотличие от программных в следящих системах задающая. величина во времени изменяется произвольно, а управляемая ве­ личина должна следить за этими изменениями.

Вавиации в качестве следящих систем нашли применение ■системы телеуправления и самонаведения летательных аппара­ тов, радиолокационные системы группового полета самолетов,

•обеспечивающие сохранение определенной дистанции между ни­ ми вне зависимости от эволюций ведущего самолета и др.

* Приемистость — это способность двигателя быстро увеличивать число

•оборотов при увеличении подачи топлива АОт.макс, темп роста которой огра­ ничен, главным образом, максимально допустимой температурой газа Т3* и возможностью' возникновения неустойчивой работы компрессора.

43