Файл: Основы авиационной автоматики учеб. пособие.pdf

§ 2.3. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Пополнительные устройства (исполнительные органы) в си­ стемах автоматического регулирования в соответствии с сигна­ лами, получаемыми от усилителен .или измерительных органов, так воздействуют иа объект регулирования через его регулирую­ щие органы, что возникшее отклонение регулируемой величины от заданного значения ликвидируется или стремится к устано­ вившемуся значению. Наиболее распространенными исполни­ тельными устройствами являются сервомоторы или серводвига­ тели.

В силовых следящих системах автосопровождения цели сер­ вомоторы поворачивают стволы пушек и радиолокационные ан­ тенны . В системах автоматической стабилизации сервомоторы перемещают или поворачивают регулирующие органы объектов регулирования. Регулирующими органами таких объектов, как самолет пли ракета, являются рули. Сервомотор, снабженный ре­ дуктором, тормозными и выключающими устройствами, иногда называют приводом регулирующего органа. Приводы рулей са­ молета называют также рулевыми машинами. Сервомотор всег­ да жестко связан с регулирующим органом, и поэтому, как пра­ вило, характер движения регулирующего органа определяется динамическими свойствами сервомотора.

По виду энергии, .используемой в сервомоторах, последние можно подразделить на электрические (постоянного и перемен­ ного тока), гидравлические, пневматические. Кроме того, разли­ чают сервомоторы пропорционального действия и сервомоторы постоянной скорости. У первых зависимость скорости вращения ■от входной величины — пропорциональная, у вторых — релей­ ная. По режиму работы исполнительные устройства существенно отличаются от механизмов дистанционного управления и от при­ вода. В приводе механизмы работают в повторно-кратковремен­ ных или длительно-установившихся режимах.

Исполнительные устройства работают в режиме непрерывных случайных колебаний. Это обусловлено тем, что на систему авто­ матического регулирования в процессе работы действуют возму­ щения, носящие, как правило, случайный характер. Под влияни­ ем этих возмущений регулируемая величина отклоняется от за­ данного значения, что вызывает сигнал управления и перемеще­ ние регулирующего органа. Ввиду того, что возмущения действу­ ют непрерывно, движение исполнительного устройства также происходит непрерывно. Исполнительные устройства непрерывно меняют скорость движения как по величине, так и по знаку. Это и приводит к тому, что в сервомоторах непрерывно происходят переходные процессы, обусловленные пуском, торможением и из­ менением направления вращения. Такой режим является, безус­ ловно, более тяжелым и напряженным по сравнению с режимом

149

работы привода, поэтому к сервомоторам предъявляются более высокие требования с точки зрения динамических свойств. С це­ лью улучшения динамических свойств сервомоторов при их кон­ струировании стремятся снизить их собственные инерционные си­ лы и моменты.

Помимо специфических требований высокого быстродействия, исполнительные устройства летательных аппаратов должны удовлетворять общим требованиям, предъявляемым к авиацион­ ному оборудованию. Рассмотрим электрические исполнитель­ ные устройства.

1.Электродвигатель постоянного тока

снезависимым возбуждением

Вкачестве сервомоторов широко применяются электродвига­ тели с независимым возбуждением, управляемые со стороны яко­ ря путем изменения напряжения на щетках. Схема такого дви­

гателя приведена на рис. 2.53. Если пре­ небречь индуктивностью обмотки якоря, то уравнение напряжений цепи якоря запишется так:

где Ф — пбток возбуждения; со— угловая скорость якоря;

с — коэффициент пропорциональности, определяемый кон­ струкцией двигателя.

Момент, развиваемый двигателем,

М = кх Ф ія,

где ki — коэффициент пропорциональности, зависящий от кон­ струкции двигателя.

Использовав (2.94) и (2.95), получим выражение для момен­ та при постоянном потоке возбуждения

где k ~ k x Ф и kE= сФ — коэффициенты пропорциональности. Полученное выражение является уравнением семейства

внешних или электромеханических характеристик двигателя.

150

Внешняя характеристика устанавливает связь между вращаю­ щим моментом и скоростью вращения двигателя при постоянном значении входного напряжения. Для двигателя постоянного тока зависимости М— /(<») при и= const являются линейными. Запи­ шем уравнение движения якоря

где J — момент инерции подвижных частей, приведенный к ва­ лу двигателя;

Мн— момент нагрузки, приведенный к валу двигателя. Пусть двигатель не нагружен или слабо нагружен, что типич­

но для следящих систем и вообще для сервомоторов. Тогда, пре­ небрегая моментом нагрузки и моментом трения, запишем

«о, то по динамическим свойствам электродвигатель представля­ ет собой инерционное звено. Для улучшения динамических свойств двигателя обычно стремятся снизить элек?ромеханическую постоянную за счет уменьшения момента инерции якоря J или других параметров, влияющих на Т.

Электромеханическая постоянная для двигателей мощностью 20 — 100 Вт имеет порядок 0,02 — 0,04 с, для электродвигателей мощностью от 20 до 1000 Вт лежит в пределах 0,04— 0,1 с. Ко­ эффициент усиления k бывает порядка 40 — 60Ѵс В.

Обычно у двигателя, работающего в САР, за выходную вели­

151

В установившемся режиме угловое ускорение d2 а = 0, и двига­

~с№

тель вращается с постоянной угловой скоростью

da

---- = іш, dt

а угол .поворота вала есть интеграл от приложенного напряже­

Из (2.100) получим передаточную функцию сервомотора, когда выходной величиной является угол поворота вала двигателя, а входной — напряжение на щетках. В этом случае передаточная функция двигателя есть произведение инерционного и интегри­ рующего звеньев

Рис . 2.54. Конструкция сервомотора с независимым воз­ буждением:

1 — р е д у к т о р ; 2 — к о р п у с ; 3 — я к о р ь ; 4 — о б м о т к а в о з б у ж д е н и я ; 5 — к о л л е к т о р ; 6 — щ е т к и

При использовании двигателей постоянного тока в качестве сервомоторов их непременно снабжают понижающими редукто­ рами. Передаточное число редуктора і или его коэффициент уси­

ходе редуктора, то в коэффициент усиления k входит множите­ лем передаточное число і. Постоянная времени сервомотора с ре­

JRa

дуктором по-прежнему равна: ------, но теперь ki kE

J "f- /рр>

152

ная времени Т определяется только моментом инерции сервомо­ тора. Это справедливо также для следящих систем управления артустановкамп самолета. Несмотря на большой вес артустановки (несколько сотен килограммов), инерционность системы определяется моментом инерции сервомотора, весящим 20 -г-

30 кг.

При разработке сервомоторов с независимым возбуждением стремятся максимально уменьшить момент инерции якоря. Для этой цели в последнее время применяют электродвигатели с не­ зависимым возбуждением с печатным якорем. У такого двигате­ ля вращаются только медные проводники, вмонтированные пе­ чатным способом в диск из прочной пластмассы. Конструкция серводвигателя изображена на рис. 2.55.

Рис. 2.55. Конструкция сервомотора с печатным ротором;

1 — м а г н п т о п р о в о д ; 2 — п е ч а т н ы й р о т о р ; 3 — в а л ; 4 — в т у л к а ; 5 —

2.Электродвигатель постоянного тока

споследовательным возбуждением

Схема сервомотора приведена на рис. 2.56. Сервомотор имеет две обмотки возбуждения, соединенные последовательно с яко­ рем. Магнитные потоки обмоток направлены навстречу друг другу. Направление тока в якоре не меняется при переключении обмоток, а магнитные потоки обмоток возбуждения изменяют

153