книги из ГПНТБ / Арховский В.Ф. Основы автоматического регулирования учеб. пособие

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

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

(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

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.

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

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

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

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

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