10.4 Следящий электропривод с пропорционально-дифференциальным управлением. Пропорциональное управление электроприводом


8. Гидроприводы с электрическим пропорциональным управлением

Современные электрогидравлические приводы - изделия высоких технологий. Они сочетают в себе силовые и динамические свойства гидроприводов с постоянно расширяющимися возможностями микроэлектроники. Интенсивно внедряются гидроаппараты с электрическим пропорциональным управлением, позволяющие осуществлять дистанционное бесступенчатое регулирование основных параметров потока рабочей жидкости: расхода и давления.

Для сравнения пропорционального и дискретного управления (работающего по принципу «открыт—закрыт») рассмотрим две схемы электрогидравлических приводов, работающих по циклу: быстрый подвод — рабочая подача — быстрый отвод (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Гидроприводы с дискретным (а) и пропорциональным (б) электрическим управлением

В обеих схемах реверсирование движения гидроцилиндра 1.0 осуществляется подачей управляющих электрических сигналов на электромагниты Y1 и Y2 распределителя 1.1; переход на рабочую подачу (пониженную скорость выдвижения) осуществляется по сигналу от путевого выключателя S1.

Гидропривод с электрическим дискретным управлением (рис. 8.1, а). Выдвижение штока гидроцилиндра 1.0 осуществляется при подаче напряжения на электромагнит Y1. Шток выдвигается с максимальной скоростью, так как слив из штоковой полости цилиндра осуществляется через нормально открытый 2/2-распределитель 1.02. При достижении штоком путевого выключателя S1, происходит переключение распределителя 1.02 и рабочая жидкость из гидроцилиндра 1.0 начинает поступать на слив через дроссель с обратным клапаном 1.04, скорость выходного звена снижается — выполняется рабочая подача. Возврат штока гидроцилиндра в исходную позицию осуществляется с высокой скоростью при подаче сигнала управления на электромагнит Y2. Переключение распределителей 1.1 и 1.02 сопровождается резким изменением давления в полостях гидроцилиндра 1.0, вследствие чего поршень движется с резкими ускорениями.

Дистанционное регулирование давления в приводе осуществить невозможно.

Гидропривод с электрическим пропорциональными управлением (рис. 8.1, б). Гидрораспределитель с электрическим пропорциональным управлением 1.1 изменяет не только направление, но и расход проходящей через него рабочей жидкости. Эти функциональные возможности аппарата обеспечивают плавное изменение скоростей движения гидроцилиндра 1.0, что позволяет упростить гидравлическую схему привода, исключив из нее 2/2-распредепитель и дроссель с обратным клапаном.

При подаче максимального по уровню управляющего сигнала на пропорциональный электромагнит Y1 скорость выдвижения штока максимальна. При достижении штоком путевого выключателя S1 уровень сигнала на пропорциональный электромагнит Y1 снижается, что сопровождается уменьшением скорости выдвижения штока. Быстрый возврат выходного звена осуществляется при подаче максимального по уровню управляющего сигнала на пропорциональный электромагнит Y2.

Переливной клапан с пропорциональным электрическим управлением 0.2 позволяет дистанционно управлять давлением в приводе. Например, при движении гидроцилиндра без нагрузки давление может быть пониженным, а при переходе на рабочую операцию давление повышается до требуемого значения.

Таким образом, пропорциональное электрическое управление параметрами гидропривода позволяет оптимизировать гидросистемы по критериям энергетических потерь и качества переходных процессов, осуществлять микропроцессорное и адаптивное управление гидрофицированными установками. При этом существенно улучшаются компоновочные решения за счет сокращения количества гидроаппаратов, трубопроводов и соединений.

studfiles.net

Страница не найдена | промышленный импорт

Jump to Navigation
  • Информация
  • Производители
  • Каталог
  • Назад
  • Насосное оборудование
    • Насосы центробежные
      • Apex Pumps
      • Grundfos
    • Насосы винтовые
      • Насосы высокого давления
        • BFT
        • GEA
        • Weir
      • Погружные насосы
        • Houttuin
        • Vipom
      • Горизонтальные насосы
        • Apex Pumps
        • GE Oil & Gas Pressure Control
        • Houttuin
        • Vipom
      • Насосы герметичные
        • Hermetic Pumpen
        • Zenith
      • Насосное оборудование прочее
        • Servi Group
    • Фильтровальное оборудование
      • Воздушные фильтры
        • Масляные и гидравлические фильтры
          • Servi Group
        • Коалесцирующие фильтры
          • ASCO Filtri
          • Buhler Technologies
          • Jonell Filtration Group
          • Petrogas
          • Scam Filltres
        • Водоподготовка
          • ASCO Filtri
          • Grunbeck
        • Фильтры КВОУ
          • Осушители
            • Прочее
              • Tartarini
          • КИП (измерительное оборудование)
            • Системы измерения неразрушающего контроля
              • HBM
              • Kavlico
              • Marposs
            • Расходомеры
              • Servi Group
            • Устройства измерения перемещения и положения
              • Устройства измерения давления
                • Servi Group
                • VDO
              • Устройства для измерения температуры
                • Servi Group
                • VDO
              • Приборы контроля и регулирования технологических процессов
                • K-TEK
                • Servi Group
              • Прочее
                • K-TEK
                • Servi Group
            • Трубопроводная арматура
              • Запорная, регулирующая, запорно-регулирующая арматура
                • Schroedahl
                • Servi Group
              • Предохранительная арматура
                • Anderson Greenwood
                • Crosby
                • Sapag Industrial valves
                • Schroedahl
                • Servi Group
              • Приводы трубопроводной арматуры
                • Biffi
                • Keystone
              • Прочее
                • W.T.A.
                • Yarway
            • Компрессорное оборудование
              • Поршневые компрессоры
                • GE Oil & Gas
              • Винтовые компрессоры
                • GEA
                • Howden
                • Stewart & Stevenson
              • Центробежные компрессоры
                • GE Thermodyn
                • Stewart & Stevenson
              • Прочее
                • GE Rotoflow
            • Лабораторное оборудование
              • Микроскопия и спектроскопия
                • Keyence
              • Прочее
                • Koehler Instrument
                • Labor Security System
                • MULTISERW-Morek
            • Станочное оборудование
              • Станки шлифовальные
                • ISOG
              • Хонинговальные станки
                • Kadia
                • Nagel Maschinen
              • Станки зубо- и резьбо- обрабатывающие
                • Nagel Maschinen
              • Карусельные станки
                • Star Micronics
              • Запчасти и принадлежности для станков
                • Carif
                • ISOG
                • Kadia
              • Прочее
                • Carif
                • Kadia
                • Star Micronics
            • Гидравлика
              • Гидроцилиндры
                • Oilgear
                • Servi Group
              • Гидроклапаны
                • Servi Group
              • Гидронасосы
                • Riverhawk
                • Servi Group
              • Гидрораспределители
                • Parker Hannifin Corporation
                • Servi Group
              • Прочее
                • Gali
                • Riverhawk
                • Servi Group
            • Приводная техника
              • Электрические приводы
                • Servi Group
              • Гидравлические приводы
                • Biffi
              • Пневматические приводы
                • Biffi
                • Keystone
              • Электромагнитные приводы
                • Danfoss
                • ECONTROL
                • Kendrion
                • Voith Turbo
              • Редукторы
                • Renk
                • ZERO-MAX
              • Турборедукторы
                • Flender-Graffenstaden
                • Renk
                • Voith Turbo
              • Прочее
                • Servi Group
            • Прочее оборудование
              • Электрографитовые щетки
                • Morgan Advanced Materials
            • A.O. Smith – Century Electric
            • A.S.T.
            • Abrasivos Manhattan
            • Advanced Energy
            • Agilent Technologies
            • Agrati
            • AKG Gruppe
            • Algi
            • Allweiler
            • Alphatron Marine
            • Amot
            • Anderson Greenwood
            • Apex Pumps
            • Apollo Valves
            • Ariel
            • Armatury Group
            • ASCO Filtri
            • Ashcroft
            • ATAS elektromotory
            • Atos
            • Autronica
            • Axis
            • Axon’ Cable
            • Bando
            • Baruffaldi
            • BCE
            • Berarma
            • BFT
            • BHDT
            • Biffi
            • Bifold Group
            • BIKON-Technik
            • Brinkmann pumps
            • Buhler
            • Buhler Technologies
            • BVM Corporation
            • Camfil FARR
            • Campen Machinery
            • CanaWest Technologies
            • Canrig Drilling Technology
            • Carif
            • Casar
            • CAT
            • Celduc Relais
            • Center Line
            • Comagrav
            • Compressor Controls Corporation
            • CoorsTek
            • Coperion K-Tron
            • Coral engineering
            • Coremo Ocmea
            • Couth
            • CRANE
            • Crosby
            • Danaher Motion
            • Danfoss
            • Danobat Group
            • David Brown Hydraulics
            • Den-Con Tool
            • DenimoTECH
            • Deprag
            • Destaco
            • Donaldson
            • Donaldson осушители, адсорбенты
            • Duplomatic
            • Duplomatic Oleodinamica
            • Dustcontrol
            • Dynasonics
            • E-tech Machinery
            • Easy Mover
            • Ebro Armaturen
            • ECONTROL
            • Eirich
            • ELMA
            • EMIT
            • Esco Couplings
            • Espera
            • Estarta
            • Euchner
            • EUROFILL
            • Europarts
            • EuroSMC
            • Exact
            • Facco
            • FANUC
            • Farris
            • Fema
            • Ferjovi
            • Fetra
            • FIBRO
            • Fisher
            • Flender-Graffenstaden
            • Flexitallic
            • Flowserve
            • Fluenta
            • Flux
            • FPZ
            • Fritz STUDER
            • Gali
            • Gamak Motors
            • GE Bently Nevada
            • GE Energy
            • GE Lufkin Industries
            • GE Nuovo Pignone
            • GE Oil & Gas
            • GE Oil & Gas Pressure Control
            • GE Panametrics
            • GE Rotoflow
            • GE Thermodyn
            • GEA
            • General Electric
            • General Electric Waukesha
            • GEORGIN
            • GKN
            • Gohl
            • Goulds Pumps
            • GPM Titan International
            • Graco
            • Grunbeck
            • Grundfos
            • Gustav Gockel
            • HAKI
            • Harting technology
            • HAWE Hydraulik SE
            • HBM
            • Heimbach
            • Helios
            • Hermetic Pumpen
            • Herose
            • HiRel Connectors
            • Hohner
            • Holland-Controls
            • Honsberg Instruments
            • Hoppecke
            • Horton
            • Houttuin
            • Howden
            • Howden CKD Compressors s.r.o.
            • HTI-Gesab
            • Hydac
            • Hydrotechnik
            • IMO
            • INA
            • Inoxihp
            • ISOG
            • Italmagneti
            • ITW Dynatec
            • Jaudt
            • Jaure
            • JDSU
            • Jenoptik
            • John Crane
            • Jonell Filtration Group
            • JOST
            • JOVYATLAS
            • K-TEK
            • Kadia
            • Kavlico
            • Kendrion
            • Kendrion Linnig
            • Keyence
            • Keystone
            • Kieselmann
            • Kinetrol
            • Kitagawa
            • Knipex
            • Knoll
            • Knuth
            • Koehler Instrument
            • Kordt
            • Krombach Armaturen
            • KUKA
            • Kumera
            • Labor Security System
            • LAM Technologies
            • Lapmaster Wolters
            • Larm
            • Lenze
            • Lincoln
            • Logan Oil Tools
            • Luvata
            • M.G.M. motori elettrici S.p.A.
            • Mahle
            • Marposs
            • Masa Henke
            • Masoneilan
            • Mec Fluid 2
            • MEDIT Inc.
            • Mercotac
            • Metricon
            • Metrol
            • MI Swaco
            • Minco
            • MMC International Corporation
            • MOOG
            • Moore Industries
            • Morgan Advanced Materials
            • Motoman Robotics
            • Moyno
            • Mud King
            • MULTISERW-Morek
            • Munters
            • Murr elektronik
            • Murrplastik
            • Nagel Maschinen
            • National Oilwell Varco
            • Netzsch
            • Nexoil srl
            • Nic
            • NOV Mono
            • NTN-SNR
            • Ntron
            • O'Drill/MCM
            • Oerlikon
            • Oilgear
            • Omal Automation
            • Omni Flow Computers
            • OMT
            • Opcon
            • Orange Research
            • Orga
            • Orwat filtertechnik
            • OTECO
            • Pacific valves
            • Paktech
            • PALL
            • Parat
            • Parker Hannifin Corporation
            • PENTAIR
            • Peter Wolters
            • Petrogas
            • PetrolValves
            • ProMinent
            • Quick Soldering
            • Rema Tip Top
            • Renk
            • Renold
            • Repar2
            • Resatron
            • Resistoflex
            • Restech Norway
            • Revo
            • Rexnord
            • Rheonik
            • Rineer Hydraulics
            • RIO
            • Riverhawk
            • RMG Honeywell
            • Robbi
            • Rohde & Schwarz
            • ROS
            • Rota Engineering
            • Rotar
            • Rotork
            • RTI Electronics
            • Ruhrpumpen
            • Saint-Gobain PAM
            • Sapag Industrial valves
            • Saunders
            • Scam Filltres
            • Scantech
            • Schroedahl
            • Schunk
            • Score Energy
            • Selco
            • Selec
            • Sermas Industrie
            • Servi Group
            • Settima
            • Siemens
            • Siemens energy
            • Simaco
            • Solar turbines
            • Solberg
            • SOR
            • SPIETH
            • SPX
            • Stamford | AvK
            • Star Micronics
            • Stewart & Stevenson
            • Stockham
            • Sumitomo
            • Supertec Machinery
            • Tamagawa Seiki
            • Tartarini
            • TEAT
            • Thimonnier
            • Top-co
            • Truflo
            • Turbotecnica
            • Tuthill
            • Vanessa
            • VDO
            • Velan
            • Versa
            • Vibra Schultheis
            • Vipom
            • Voith Turbo
            • Vokes Air
            • Voumard
            • W.T.A.
            • Warren
            • Weatherford
            • Weir
            • Weiss GmbH
            • Wenglor
            • WestCo
            • Woodward
            • Xomox
            • Yarway
            • Zenith
            • ZERO-MAX

            dmliefer.ru

            10.4 Следящий электропривод с пропорционально-дифференциальным управлением

            Проанализируем влияние ПД-закона управления на работу СЭП. В этом случае СЭП описывается следующей системой уравнений:

            (10.39)

            Решая (10.39) относительно , получим после преобразований следующее дифференциальное уравнение СЭП с ПД-законом управления:

            . (10.40)

            При возмущении типа и, то есть при скачкообразном увеличении скорости входной оси доВХ.З, уравнение движения (10.40) принимает вид:

            . (10.41)

            Это уравнение отличается от соотношения (10.18), полученного для П-закона управления, тем, что при р увеличивается коэффициент на величину S. Таким образом, применение ПД-закона управления увеличивает коэффициент успокоения в уравнении движения СЭП, что делает такой привод более устойчивым. При этом установившаяся ошибка У (при р=0) не увеличивается, а остается неизменной (как и при П-законе управления):

            .

            Однако увеличение устойчивости СЭП при ПД-законе управления позволяет увеличить коэффициент усиления и тем самым снизить установившуюся динамическую и статическую ошибки следящего электропривода.

            Так как в СЭП с ПД-законом управления установившаяся динамическая ошибка У не зависит от сигнала, пропорционального производной от угла рассогласования, то и добротность СЭП, определяющаяся величиной У, после введения сигнала по производной от угла рассогласования остается неизменной.

            Статическая ошибка системы также, очевидно, не зависит от сигнала по производной, так как она определяется величиной момента сухого трения и коэффициента усиления. Действительно для неподвижной системы все производные в уравнении (10.40) равны нулю. Тогда , что и было получено ранее в выражении (10.17) для СЭП с пропорциональным законом управления.

            Выясним теперь влияние сигнала по производной на величину колебаний угла рассогласования, то есть на динамическую ошибку в неустановившемся состоянии СЭП. Так как уравнение (10.40) отличается от (10.15) лишь коэффициентом перед р, то решение его при МС00 будет аналогичным, но с несколько иными значениями постоянных  и СОБ:

            , (10.42)

            где 1 и 1СОБ – соответственно степень успокоения и собственная частота незатухающих колебаний для следящей системы с управлением по производной от угла рассогласования:

            ; (10.43)

            . (10.44)

            Из (10.43) и (10.44) следует, что при ПД-управлении собственная частота незатухающих колебаний остается неизменной по сравнению с системой управления только с пропорциональным управлением. Степень успокоения 1 значительно увеличивается (коэффициенты S и F могут быть соизмеримы). Следовательно, в СЭП с ПД-управлением колебания динамической ошибки затухают намного быстрее. Таким образом, управление по производной увеличивает степень успокоения следящей системы и тем самым повышает устойчивость ее работы.

            Повышение устойчивости при использовании в СЭП ПД-закона управления наглядно видно из анализа работы такой системы в случае F=0 (отсутствие успокоения, предполагаемое чисто теоретически). Как было показано в разделе 10.3 для следящей системы с пропорциональным управлением при F=0 степень успокоения =0. При этом установившаяся динамическая ошибка (если допустить МС00) . Система работает на границе устойчивости, так как неустановившаяся динамическая ошибка в соответствии с (10.38) меняется по закону.

            Как было выяснено выше, при пропорционально-дифференциальном управлении установившаяся ошибка не меняется по сравнению с обычным пропорциональным управлением. Поэтому при F=0 и МС00, У=0 и, следовательно, Д=П. По аналогии с (10.31) для системы с пропорционально-дифференциальным управлением

            , (10.45)

            где – вещественная часть корней характеристического уравнения системы;

            –круговая частота затухающих колебаний;

            и – постоянные интегрирования, определяемые по начальным условиям, как и для системы с пропорциональным управлением.

            По аналогии с (10.33) и (10.34) найдем, что

            . (10.46)

            . (10.47)

            Для рассматриваемого случая, то есть при F=0:

            ; ;;;.

            Следовательно, при F=0 неустановившаяся динамическая ошибка на основании (10.45) может быть определена таким образом:

            . (10.48)

            Выражение (10.48), содержащее сомножитель , показывает, что СЭП с пропорционально-дифференциальным управлением приF=0 имеет затухающие колебания динамической ошибки в отличие от системы с пропорциональным управлением, что свидетельствует о повышении устойчивости при введении сигнала, пропорционального производной от угла рассогласования.

            В некоторых случаях на вход усилителя СЭП подается также управляющий сигнал, пропорциональный не только  и , но и второй производной от угла рассогласования. В этом случае в правую часть последнего уравнения системы (10.39) необходимо добавить слагаемое, показывающее пропорциональность пускового момента двигателя второй производной. Таким образом,

            , (10.49)

            где m – коэффициент пропорциональности МП второй производной от .

            Используя (10.49) в системе уравнений (10.39) вместо уравнения ПД-закона управления и учтя, как и раньше, что ,и, получим после совместного решения этой новой системы уравнений и необходимых преобразований:

            . (10.50)

            Это уравнение движения СЭП показывает, что сигнал, пропорциональный второй производной от угла рассогласования, компенсирует влияние момента инерции.

            Степень успокоения 2 и собственная частота колебаний (2СОБ) в этом случае определяются по следующим выражениям:

            ; (10.51)

            . (10.52)

            При увеличении коэффициента m величины 2 и 2СОБ возрастают, что свидетельствует о повышении устойчивости и быстродействия СЭП с управляющим сигналом, пропорциональным второй производной от угла рассогласования. Статическая ошибка и установившаяся динамическая ошибка остаются в этом случае неизменными.

            studfiles.net

            мир электроники - Пропорциональное управление-что это такое?

            Из мира электроники

            материалы в категории

            Небольшое вступление.Давайте представим себе такое устройство: руль управления для игровой приставки и сам руль подключен к переменному резистору. Получается что положение руля будет определяться по положению бегунка резистора (ну то есть по сопротивлению) и будет пропорционально: крайнее левой положение руля будет соответствовать крайнему левому положению бегунка и, соответственно, наоборот.

            Передать такой сигнал на расстояние при помощи проводов не составляет сложности, но совершенно другое дело если речь идет о радиоуправлении.Тут используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Ширина модулирующих командных импульсов в передатчике изменяется при изменении положения рычага управления. Демодулятор модели вырабатывает сигнал, перемещающий рабочий орган исполнительного механизма в соответствии с шириной модулирующих импульсов принятого ШИМ сигнала. Такое управление получило название Дискретно-пропорциональное.

            В ряде случаев выгодно (с точки зрения простоты и стоимости аппаратуры радиоуправления) использовать для управления конкретной моделью дискретно-пропорциональное управление. Так, например, для включения, выключения и реверсирования (изменения направления вращения ротора) электродвигателей модели вполне достаточно только дискретных команд, а для управления рулевым механизмом необходима пропорциональная команда. Движение такой модели гораздо более естественно, она более маневрена, управлять ею намного легче и приятнее. Шифратор дискретно-пропорциональной системы управления построен таким образом, что он способен формировать одновременно как дискретные, так и пропорциональную команды. О таком шифраторе и пойдет дальнейший рассказ.

            МОДУЛЬ ДИСКРЕТНО-ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ. СХЕМА

            Его схема представлена на рис. 1. Предположим, что при включении напряжения питания движок переменного резистора R3 и подвижный контакт переключателя SA1 находятся в среднем положении. На инвертирующем выходе (вывод 2) триггера DD3 появляется высокий уровень (рис. 2,в), который разрешит прохождение на базу транзистора VT1 только импульса, поданного на объединенные два верхних по схеме входа элемента DD4.2.

            Через некоторое время импульсы тактового генератора (он собран на элементах DD1.1 и DD1.2) начнут поступать на вход восьмиразрядного сдвигового регистра DD2.1, DD2.2 и на верхний вход элемента DD4.2. На выводах регистра будет поочередно появляться уровень 1. Высокий уровень с выхода 3 регистра DD2.1 (рис. 2,б) запустит одновибратор, собранный на элементах DD1.3,DD1.4, на выходе инвертора DD4.3 появится положительный импульс, который достигнет базы транзистора VT1 (рис. 2.д). Длительность этого импульса зависит от положения движка переменного резистора R3. Эта часть выходного сигнала и будет пропорциональной командой.

            Как только на выходе 4 регистра DD2.2 возникнет высокий уровень, оба регистра возвратятся в исходное состояние и на прямом выходе триггера DD3 уровень изменится с 0 на 1 (рис. 2,г). Это означает, что элемент DD4.1 готов пропустить тактовые импульсы на выход. На выход пройдут пять импульсов - с 11-го по 15-й команды "Стоп" (рис. 2, д). С 16-го тактового импульса весь рассмотренный процесс по формированию пропорционального импульса и сигналов команды "Стоп" вновь повторится.

            Если в процессе работы шифратора оператор станет изменять положение движка переменного резистора R3, то длительность пропорционального импульса будет изменяться. При перемещении движка резистора R3 вправо по схеме длительность будет увеличиваться. При крайнем правом положении движка длительность сигнала одновибратора равна 10 мс, при среднем - 6 мс, а при крайнем левом - 2 мс. Резистор R2 ограничивает минимальную длительность импульса. При изменении длительности импульса одновибратора перемещается спад импульса, а не его фронт.

            В положении 1 переключателя SA1 в каждой группе будет по четыре тактовых импульса, что соответствует команде "Вперед", в положении 3 в группе будет три импульса - команда "Назад".

            В качестве переключателя SA1 в шифраторе использован МПН-1; годится и любой другой малогабаритный на три положения и одно направление. Переменный резистор RЗ-СПО-0,5 группы А.

            Для налаживания модуля осциллограф подключают к КТ1, включают напряжение питания модуля и подборкой резистора R2 (движок переменного резистора R3 должен быть в левом по схеме положении) добиваются длительности пропорционального импульса 2 мс. Переводят движок резистора R3 в правое положение и проверяют максимальную длительность импульса. После этого убеждаются в соответствии числа импульсов в группе во всех трех положениях переключателя SA1.

            МОДУЛЬ ДИСКРЕТНО-ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО ДЕШИФРАТОРА

            Конечно же, постоянное "улавливание" нужного курса яхты, неизбежное при дискретном управлении рулем, как это описано в предыдущем разделе, весьма утомительно для оператора. Поэтому вполне естественно стремление управлять рулем пропорционально, а для управления ходом вперед и назад достаточно дискретных команд. Такой шифратор - М4 - был уже нами рассмотрен, а сейчас расскажем о дешифраторе к нему. На рис. 3 показана его принципиальная схема. Рассмотрим процесс дешифрации команд на примере команды "Стоп" и пропорционального импульса управления рулем.

            В исходном состоянии (при отсутствии входных импульсов) на всех выходах регистров DD3.1, DD3.2, DD5.1, DD6.1, DD6.2 будет уровень 0, что соответствует команде "Стоп". Поскольку положение руля модели соответствует положению движка резистора R5 (движок резистора механически связан с рулевой машинкой), допустим, что они находятся в среднем положении - "Руль прямо".

            Вот на выходе инвертора DD1.1 появился первый пропорциональный импульс (рис. 4,а). Он запустит одновибратор, собранный на элементах DD1.2, DD1.3, и поступит на счетный вход С регистров DD3.1, DD3.2, а также на верхний по схеме вход элемента DD2.2. Так как в этот момент на втором входе этого элемента будет уровень 1, то импульс через элемент не пройдет. В момент окончания импульса уровень 1 появится на выходе 1 регистра DD3.1.

            Через время 5Т (рис. 4,б) на выходе одновибратора (выход элемента DD1.3) появится уровень 1, и регистр DD3.1 установится в исходное состояние.

            Затем на выходе инвертора DD1.1 появятся сигналы команды "Стоп", первый из которых снова запустит одновибратор DD1.2, DD1.3. Импульсы команды вызовут поочередное появление уровня 1 на выходах регистров DD3.1, DD3.2. Уровень 1 с выхода 3 регистра DD3.1 (рис. 4, в) вызовет появление высокого уровня на выходе 1 регистров DD5.1, DD6.1, тем самым даст разрешение на прохождение канального импульса через элемент DD2.2. Через время 5Т по фронту сигнала первого одновибратора (рис. 4,б) регистры DD3.1, DD3.2 установятся в исходное состояние.

            Появившийся на выходе элемента DD2.2 положительный пропорциональный импульс запустит на этот раз и второй одновибратор, собранный на элементах DD4.2 и DD4.3. Длительность его импульса зависит от емкости конденсатора С3 и сопротивления резисторов R3, R5. Если предположить, что импульс этого одновибратора точно равен по длительности входному пропорциональному импульсу, то на крайних выводах резистора R4 будут действовать противофазные, но одинаковые по амплитуде и длительности импульсы (рис. 4, д, е). Поэтому на выходе-на выводе 55 модуля - появится постоянное напряжение, равное половине напряжения питания, т. е. сигнал рассогласования отсутствует.

            Если же длительности будут разными, на выводе 55 появится сигнал рассогласования той или иной полярности, в зависимости от того, длиннее или короче будет входной пропорциональный импульс. Двигатель рулевой машинки будет вращаться в ту сторону и до тех пор, пока движок резистора R5 не займет положение, при котором сигнал рассогласования станет равным нулю.

            В момент окончания пропорционального импульса узел, собранный на элементах DD2.3 и DD2.4, выработает короткий импульс (рис. 4, ж), который переведет регистр DD5.1 в исходное состояние (уровень 0 на выходе 1). Это означает, что элемент DD2.2 закрыт. Через время 5Т регистры DD3.1, DD3.2 возвратятся в исходное состояние.

            Затем на вход модуля придет вторая группа команды "Стоп" и весь рассмотренный процесс повторится.

            Предлагается самостоятельно рассмотреть процесс дешифрации команд "Вперед" и "Назад" как без помех, так и с ними. При этом следует учесть, что управляющее напряжение первой команды появляется после четвертой группы на выводе 53 модуля, а второй - 54.

            В заключение отметим, что сигналы команд "Стоп", "Вперед" и "Назад" одновременно служат синхроимпульсами пропорциональных импульсов.

            Резисторы R3, R4 в модуле-СПЗ-1. В качестве резистора R4 в рулевой машинке используется резистор от аппаратуры "Супронар".

            "Модульная аппаратура радиоуправления". Изд.ФОСААФ. 1988г.

            radio-uchebnik.ru

            10.2 Уравнение движения и структурная схема механической части следящего электропривода

            По принципу работы СЭП классифицируют также на следящие электроприводы с релейным управлением (в курсе ТЭП эти простейшие СЭП не рассматриваются) и на СЭП с плавным управлением, реализующим какой-либо закон управления (П, ПД, ПИ, ПИД-законы). К этой группе СЭП относятся следящие электроприводы со скользящими режимами работы релейных регуляторов, которые эквивалентны линейным регуляторам с бесконечно большим (теоретически) коэффициентом усиления. Эта группа СЭП рассматривается не в обычном курсе ТЭП, а в курсе систем управления электроприводом или же в спецкурсе ТЭП, изучаемом на 5-м курсе, а также аспирантами и магистрами.

            С точки зрения конструктивного исполнения СЭП классифицируются по типу применяемого усилителя мощности.

            Различают СЭП с транзисторными, магнитными, электромашинными и другими электроусилителями. Применяются в СЭП также и гидро- или пневмоусилители.

            СЭП характеризуется рядом показателей качества – как при переходном, так и при установившемся режимах.

            При переходном процессе СЭП оценивается по следующим показателям:

            1. Б ы с т р о д е й с т в и е, оцениваемое по быстроте реакции на внешнее возмущение. Это время t, за которое ВЫХ достигает с допустимой погрешностью ДОП значения ВХ при скачкообразном повороте задающей оси на угол ВХ (см. рис. 10.2), или время t2 – время затухания колебаний ВЫХ до допустимой величины.

            2. К о л е б а т е л ь н о с т ь оценивается числом колебаний ВЫХ за время tПП. Обычно это 1-2 колебания для хорошего СЭП.

            3. П е р е р е г у л и р о в а н и е (), как это показано на рисунке 10.2. Очень большие значения  (более 50%) вызывают нежелательные удары в механической части СЭП.

            При установившемся режиме работы СЭП оценивается следующими показателями качества:

            1. Т о ч н о с т ь С Э П, или угол рассогласования (ошибка)

            =ВХ-ВЫХ.

            Различают следующие виды ошибок СЭП:

            – статическая ошибка С при трогании или при неподвижной исполнительной оси после отработки ею заданного угла ВХ.З, то есть при ВЫХ=const.

            Причины появления статической ошибки – сухое трение, люфты, остаточное напряжение в источниках питания двигателя, дрейф нуля в электронных усилителях. Максимальная статическая ошибка (С.МАКС) имеет место при трогании и при реверсе.

            – динамическая ошибка Д при непрерывном движении задающей оси с постоянной заданной скоростью .

            – динамическая ошибка Д при непрерывном движении задающей оси по синусоидальному закону.

            Динамические ошибки возрастают при увеличении скорости и уменьшаются при увеличении коэффициента усиления.

            2. Д о б р о т н о с т ь С Э П. Этот показатель качества оценивается по коэффициенту добротности

            , (10.1)

            учитывающему как заданную скорость входной оси, так и динамическую ошибку при данном значении .

            3. Д и а п а з о н р е г у л и р о в а н и я с к о – р о с т и

            . (10.2)

            Современные СЭП обеспечивают работу при DР=1000-2000, а в специальных схемах до DР=30000.

            При изучении динамики СЭП надо найти закон движения выходного вала (исполнительной оси) ВЫХ=f(t), а также закон изменения рассогласования =f(t) при известном законе движения входной (задающей) оси – ВХ=f(t).

            Использование различных законов управления, упомянутых ранее (П, ПД, ПИ, ПИД-законы) меняет статические и динамические свойства СЭП, влияет на его устойчивость.

            В данном разделе курса ТЭП изучается только влияние различных законов управления на характер движения СЭП и величину рассогласования (). Для этого необходимо с помощью уравнения движения рассмотреть работу простейшего (идеализированного) СЭП, в котором действует лишь одна механическая инерция, а действием других инерционных цепей пренебречь. Для общей приближенной оценки работы СЭП такое допущение можно сделать, так как механическая инерция электропривода значительно больше других инерций. Учет только лишь механической инерции в СЭП понижает порядок общего дифференциального уравнения и делает решение задачи более простым и наглядным.

            Уравнение движения любого электропривода, в том числе и СЭП, записывается как

            . (10.3)

            Если для СЭП используется двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, то значение момента его лучше всего представить из уравнения механической характеристики:

            , откуда

            , или, учтя, что :

            , (10.4)

            где МП – пусковой момент двигателя;

            –постоянный коэффициент, характеризующий так называемое «вязкое» трение в электроприводе, создаваемое действием противоЭДС.

            КоэффициентF1 называется в СЭП коэффициентом успокоения двигателя (в разделе ТЭП об электромеханических свойствах двигателя этот коэффициент назывался коэффициентом жесткости механической характеристики

            ).

            Для асинхронного двухфазного двигателя, применяемого в СЭП, также справедливо выражение , где– коэффициент жесткости механической характеристики (см. рис. 10.3).

            В СЭП (особенно в маломощных приводах так называемого «приборного» типа) используются различные успокоители (гидравлические, пневматические, электромагнитные), меняющие момент сопротивления в функции скорости:

            МС=МС0+F2, (10.5)

            где F2 – коэффициент успокоения двигателя;

            МС0=const – момент сопротивления, создаваемый трением в подшипниках.

            Таким образом, из (10.3), (10.4) и (10.5) получается следующее уравнение движения СЭП:

            , (10.6)

            где F=F1+F2 – коэффициент успокоения СЭП (в частном случае может быть F2=0 при отсутствии искусственного успокоителя).

            Структурная схема механической части СЭП, соответствующая уравнению (10.6), показана на рисунке 10.4.

            Эта структурная схема показывает, что в любом СЭП имеется отрицательная обратная связь по скорости, стабилизирующая (успокаивающая) движение. Эта отрицательная обратная связь создается действием противоЭДС двигателя (F1) и успокоителем (F2).

            Так как при изучении СЭП интерес представляет угол поворота выходной оси (ВЫХ) и рассогласование (), то, кроме уравнения (10.6), надо учесть еще и следующие уравнения связи:

            , (10.7)

            . (10.8)

            Пусковой момент двигателя (МП) в СЭП с различными законами управления в общем случае можно представить как

            , (10.9)

            где – функция, определяющая используемый в СЭП закон управления.

            При «П»-законе управления . (10.10)

            При «ПД»-законе управления

            . (10.11)

            При «ПИ»-законе управления

            . (10.12)

            При «ПИД»-законе управления

            . (10.13)

            Таким образом, в общем случае (то есть при использовании в СЭП любого закона управления) уравнение движения следящего электропривода получается при совместном решении следующей системы уравнений:

            (10.14)

            Структурная схема механической части СЭП в соответствии с уравнениями системы (10.14) показана на рисунке 10.5.

            Звено – это система управления следящим электроприводом, формирующая необходимый закон управления.

            10.3 Следящий электропривод с пропорциональным законом управления

            Уравнение движения СЭП с пропорциональным управлением получается при совместном решении системы (10.14), в которой пусковой момент МП пропорционален рассогласованию , то есть записывается по (10.10).

            При совместном решении исключаются МП,  и ВЫХ и находится =f(ВХ, МС0, F, J).

            .

            Подставляя сюда значение , получаем:

            . (10.15)

            Прежде чем анализировать уравнение движения (10.15), необходимо выяснить, какие применяются в СЭП законы движения входной оси – ВХ=f(t).

            Этот закон может иметь произвольный характер (в соответствии с определением СЭП), при котором анализ работы электропривода в общем виде сделать нельзя.

            Анализ работы СЭП по уравнению движения проводится при следующих возмущениях, близких к реальным:

            1. Прием и сброс нагрузки на исполнительной оси (мгновенное изменение МС0).

            2. Изменение ВХ по синусоидальному закону. Исполнительная ось в этом случае также движется по синусоидальному закону.

            3. Задающая ось скачком (то есть мгновенно) перемещается на угол ВХ.З и останавливается, а исполнительная (выходная) ось воспроизводит это возмущение. Рассмотренный случай – движение так называемого позиционного электропривода (например, перестановка антенны локатора из одного сектора наблюдения в другой).

            В этом случае рВХ=0 и р2ВХ=0. Уравнение движения (10.15) упрощается и принимает вид:

            . (10.16)

            В установившемся режиме (после отработки входного сигнала), когда р=0 и р2=0, будет:

            –это статическая ошибка позиционного СЭП. В общем случае, учитывая возможный колебательный характер движения при уравнении (10.16) получим, что

            . (10.17)

            1. Задающая ось перемещается с заданной постоянной скоростью ВХ.З=рВХ=const после скачка ее от нулевого значения (рис. 10.6).

            В этом случае р2ВХ=0.

            Уравнение движения СЭП (10.15) принимает вид:

            . (10.18)

            В установившемся режиме (р=0)

            ,

            откуда

            . (10.19)

            Учтя возможный колебательный характер движения, установившаяся ошибка после окончания переходного процесса

            , (10.20)

            где – установившаяся скоростная ошибка, или так называемая кинетическая погрешность СЭП;

            –статическая ошибка СЭП, обусловленная наличием статического сопротивления, создаваемого трением на исполнительной оси.

            При переходном процессе создается и динамическая ошибкаД (см. рис. 10.6)

            , (10.21)

            представляющая собой сумму частного решения У по выражению (10.19) при р=0 и общего решения П (то есть динамической ошибки при переходном процессе).

            Учитывая сказанное ранее в разделе 10.1 о понятии добротности СЭП, можно следующим образом вычислить коэффициент добротности:

            . Пренебрегая здесь малой величиной , получим, что

            . (10.22)

            Соотношение (10.22) ясно показывает, что добротность СЭП тем больше, чем больше коэффициент усиления К, и что добротность уменьшается с ростом коэффициента успокоения F. При этом надо помнить, что есть некое минимальное значение , определяемое жесткостью механической характеристики двигателя, причемFМИН0.

            Увеличение коэффициента усиления в СЭП ограничено условиями устойчивой работы.

            В специальных системах СЭП с оптимальным управлением и скользящим режимом работы релейных усилителей коэффициент усиления очень велик (теоретически бесконечен, при частоте скольжения fС).

            Такие СЭП разработаны на кафедре АЭМС ДГМИ.

            Рассмотрим более подробно динамическую ошибку при переходном процессе (П) в СЭП с пропорциональным управлением. Величина этой ошибки не зависит от скорости вращения задающей оси, а определяется только параметрами СЭП.

            Для определения величины П необходимо найти общее решение дифференциального уравнения (10.18). Соответствующее характеристическое уравнение

            (10.23)

            имеет корни

            , (10.24)

            или

            . (10.25)

            В выражениях (10.24) и (10.25):

            , (10.26)

             – круговая частота затухающих колебаний, равная

            , (10.27)

            где СОБ – собственная частота незатухающих колебаний при отсутствии успокоения, когда F=0, т.е.

            . (10.28)

             – коэффициент, характеризующий так называемую степень успокоения СЭП:

            . (10.29)

            В зависимости от соотношения между параметрами F, J и К следящей системы (то есть между коэффициентами характеристического уравнения) корни р1 и р2 могут быть действительными или комплексными сопряженными величинами. Так как эти параметры в рассматриваемой системе всегда являются положительными числами, то корни р1 и р2 всегда будут либо действительными отрицательными величинами, либо комплексными сопряженными величинами с отрицательной вещественной частью. Таким образом, СЭП, движение которого описывается уравнением (10.18), всегда является устойчивым. При , то есть при1, корни р1 и р2 являются отрицательными действительными числами. В этом случае динамическая ошибка при неустановившемся движении имеет апериодический характер изменения и определяется по выражению:

            , (10.30)

            где А1 и А2 – постоянные интегрирования, определяемые по начальным условиям движения СЭП.

            Апериодический режим в реальных следящих системах не применяется, так как в этом случае необходим очень большой коэффициент успокоения F, что, как это видно из выражения (10.19), значительно увеличивает динамическую ошибку установившегося режима У.

            При , то есть при>1, корни р1 и р2 являются комплексными сопряженными числами с отрицательной вещественной частью. В этом случае П имеет характер затухающих колебаний и определяется по выражению

            , (10.31)

            где А3 и А4 – постоянные интегрирования, определяемые по начальным условиям движения СЭП.

            В соответствии с (10.21), (10.20) и (10.27) динамическая ошибка СЭП определяется по выражению

            . (10.32)

            Найдем постоянные А3 и А4, пренебрегая малой величиной статического момента, то есть полагая МС00.

            При t=0 задающая и исполнительная оси находятся в согласованном положении и, следовательно, динамическая ошибка отсутствует (Д=0). Поэтому для t=0 уравнение (10.32) принимает вид:

            ,

            откуда . (10.33)

            Постоянная А4 определяется на основании следующего условия. При t=0, когда на вход системы подан скачкообразный сигнал и задающая ось начала вращаться с постоянной скоростью , скорость исполнительной оси. Поэтому приt=0 установившаяся динамическая ошибка У=0 и, следовательно, в соответствии с (10.21) Д=П. Так как при t=0 рассогласование определяется лишь неустановившейся динамической ошибкой, то =П=ВХ-ВЫХ. Соответственно, , так как. Продифференцировав (10.31), получим:

            .

            Приняв здесь t=0, найдем , откуда:

            . (10.34)

            После обратной подстановки значений А3 и А4 в (10.32) при МС0=0 будем иметь:

            . (10.35)

            Преобразовав (10.35) при помощи соотношений (10.26), (10.27) и (10.29) таким образом, чтобы величина Д была выражена лишь через собственную частоту незатухающих колебаний СОБ и степень успокоения , и учитывая, что (динамическая установившаяся ошибка), получим:

            . (10.36)

            Формулы (10.35) и (10.36) показывают, что если задающую ось следящей системы скачком привести в движение со скоростью ВХ.З, то исполнительная ось начнет следовать за задающей, совершая затухающие колебания. Через некоторый отрезок времени (а теоретически при t) колебания исполнительной оси прекратятся, и она будет вращаться с постоянной скоростью ВХ.З (при передаточном числе редуктора i=1), но с отставанием по отношению к задающей оси на величину динамической установившейся ошибки .

            Степень успокоения системы связывает между собой параметры следящей системыF, J и К. Поэтому можно считать, что динамическая ошибка системы зависит от величины . Наиболее удобно анализировать влияние степени успокоения на величину динамической ошибки по выражению (10.36). Определим изменение Д при различных характерных значениях , считая, что параметры системы К и J постоянны (то есть ), а меняется лишь коэффициент успокоенияF.

            1.  = 1. В этом случае , и частота затухающих колебаний стремится к нулю (0), что видно из выражения (10.27). Уравнение (10.36) при =1 принимает вид:

            . (10.37)

            Выражение (10.37) показывает, что при =1 колебания в системе отсутствуют, процесс изменения динамической ошибки имеет апериодический характер. После окончания переходного процесса (при t) динамическая ошибка очень велика, так как коэффициент успокоенияF в этом случае имеет значительную величину.

            1. 0 <  < 1. В данном случае, как уже указывалось ранее, корни характеристического уравнения р1 и р2 являются комплексными сопряженными величинами с отрицательной вещественной частью. Таким образом, система работает устойчиво с затухающими колебаниями. Колебания динамической ошибки в переходном процессе возрастают при уменьшении степени успокоения. Установившаяся динамическая ошибка в этом случае пропорциональна степени успокоения.

            2.  = 0. В этом случае F=0, СОБ. Из выражения (10.36) при =0 получим:

            . (10.38)

            Выражение (10.38) свидетельствует, что при =0 изменение динамической ошибки в переходном процессе имеет характер незатухающих колебаний с частотой собственных колебаний СОБ и амплитудой ВХ.З/СОБ. Динамическая установившаяся ошибка равна нулю. Система работает на границе устойчивости.

            1.  < 0, то есть F<0. В этом случае вещественная часть комплексных корней характеристического уравнения положительна, а, следовательно, работа СЭП неустойчива.

            Для анализируемой следящей системы степень успокоения =0 и <0 физически невозможна, так как все коэффициенты дифференциального уравнения второго порядка положительны. Эти случаи рассмотрены лишь для общности выводов.

            Анализ влияния степени успокоения на характер изменения динамической ошибки позволяет сделать следующие выводы:

            1. Характер изменения Д=f(t) определяется величиной степени успокоения системы.

            2. Установившаяся динамическая ошибка У пропорциональна величине степени успокоения.

            3. Колебания динамической ошибки в переходном состоянии СЭП увеличиваются при уменьшении величины степени успокоения.

            При расчете СЭП необходимо выбирать величину степени успокоения таким образом, чтобы максимальное значение колебаний динамической ошибки не превосходило величины, определяемой требованиями к СЭП. Обеспечить необходимое значение  можно путем подбора параметров J, F и К следящей системы. Большое значение при этом имеет величина передаточного числа редуктора между валом двигателя и валом нагрузки (исполнительной осью). Чем больше будет передаточное число редуктора, тем меньше влияние момента инерции нагрузки. Как уже отмечалось, успокоение системы можно повысить применением специальных успокоителей. Кроме этого, можно обеспечить хорошее успокоение (стабилизацию СЭП) путем введения специальных отрицательных обратных связей.

            studfiles.net


            Смотрите также