Системы управления положением

Если входной сигнал меняется с постоянной скоростью, то поршень силового цилиндра также движется с постоянной скоростью,  но несколько отстает от входного сигнала.

Это отставание необходимо для создания сигнала ошибки, посредством которого золотник смещается на величину, нужную для обеспечения требуемой скорости.

Передаточная функция сервомеханизма «золотник — исполнительный механизм» учитывает резонанс, обусловленный сжимаемостью жидкости, а также демпфирование из-за утечек и вязкого трения. Коэффициенты передаточной функции выражаются через параметры сервомеханизма следующим образом:

В передаточную функцию сервомеханизма входит выражение для минимальной резонансной частоты сор. Оно отличается от уравнения отсутствием коэффициента 1/2. Это объясняется тем, что уравнение справедливо только для малых перемещений золотника и для гидроусилителей с линейными характеристиками. На практике, особенно при частотах входного сигнала, близких к резонансной, золотник имеет максимальное перемещение, а наличие нелинейностей, присущих большинству гидравличееких сервомеханизмов, изменяет величину коэффициентов и приводит к возникновению резонансного пика на частоте, в У-2 раз меньшей, чем в выражении. Поэтому в гидравлических сервомеханизмах, где резонансная частота определяет границу устойчивости привода, при выводе передаточных функций лучше пользоваться выражением для минимальной резонансной частоты.

Сервомеханизм с гидравлической обратной связью. Гидравлическая обратная связь может применяться только в сервомеханизмах, в которых по условиям работы нагрузка и ход поршня невелики. Однако сервомеханизм с гидравлической обратной связью очень полезен для управления золотником второго каскада усиления в двухкаскадном гидроусилителе, а также для маломощных систем управления.

(далее…)

Гидравлические системы управления

Гидравлические системы, использующие однокаскадный гидроусилитель, ограничиваются выходной мощностью в несколько лошадиных сил, в то время как мощность входного сигнала определяется силой, необходимой для перемещения подвижных элементов усилителя. Но значительные нагрузки могут быть преодолены лишь при использовании силовых цилиндров с большой эффективной площадью поршня.

В настоящее время широко применяются гидроусилители с двумя и более каскадами усиления, которые создают высокий уровень мощности. Например, с помощью маломощного электрического позиционного управляющего элемента или моментного двигателя можно управлять гидроусилителем с высокой выходной мощностью, в котором первый каскад усиления выполнен по схеме сопло — заслонка.

Гидроусилители систем управления могут работать либо от источников с постоянным давлением, либо от источников с постоянным    расходом рабочей жидкости.

Четырехходовый золотниковый гидроусилитель, работающий от источника с постоянным давлением. Устройство и принцип действия этого гидроусилителя были подробно изложены в гл. 1. В настоящем разделе будут рассмотрены наиболее распространенные системы управления, в которых применяется данный гидроусилитель.

Гидравлический сервомеханизм с механической обратной связью. Принципиальная схема рассматриваемого сервомеханизма. В его состав входит четырех-ходовой золотник, силовой цилиндр с поршнем и дифференциальный рычаг обратной связи, с помощью которого входное перемещение D сравнивается-с перемещением поршня Y. Разность между двумя этими сигналами называется сигналом ошибки X. При наличии сигнала ошибки плунжер золотника смещается из средней позиции, соединяя одну из полостей силового цилиндра с напорной, а другую со сливной магистралями. В результате поршень будет двигаться в таком направлении, что через рычаг обратной связи золотник вернется в среднюю позицию. Отношение перемещения нагрузки к входному перемещению, после того как золотник станет на средней позиции и поршень остановится, равно отношению плечей рычага обратной связи.

(далее…)

Применение аналоговой машины при испытаниях реальной системы

Как отмечалось в этой главе, аналоговая машина постоянного тока является чрезвычайно полезным средством для исследования систем управления. Однако это не исключает необходимости в аналитическом исследовании, а только расширяет диапазон получаемых результатов, особенно в гидравлических системах, которые имеют нелинейности, затрудняющие подробный математический анализ системы.

Предыдущие главы в основном были посвящены характеристикам различных гидравлических элементов, а также методам исследования динамических характеристик отдельных элементов и всей гидравлической системы управления в целом. Выбор отдельных элементов для данной системы зависит не только от характеристик этих элементов, но также и от общих характеристик, которые получаются при совместной работе нескольких элементов.

Наиболее часто используемые гидравлические системы управления, приводятся принципиальные и структурные схемы для различных комбинаций элементов. Как следует из дальнейшего изложения, выбор элементов системы зависит от характера заданного движения нагрузки и других требований к системе — от точности, степени усиления мощности, линейности статических характеристик и параметров заданных динамических характеристик системы.

Если сигнал обратной связи, пропорциональный положению регулирующего органа, сравнивается с входным сигналом и при этом образуется сигнал ошибки, который управляет элементами системы, то такая система будет обеспечивать позиционное управление, т. е. управление положением. В дальнейших разделах будут рассмотрены различные комбинации гидравлических элементов и типы обратной связи, образующие системы позиционного управления.

(далее…)

Работа моделирующей установки

Это может быть сделано посредством определенных изменений коэффициентов усиления прямой цепи и цепи обратной связи, а также применением методов стабилизации. Комбинация параметров, которая обеспечивает наиболее приемлемые динамические характеристики системы, может быть затем использована как основа для конструирования системы управления.

Так как характеристики большинства элементов системы управления отчасти изменяются при изменении окружающих условий, а также из-за производственных допусков, то при моделировании системы следует учитывать влияние этих изменений на ее характеристики. Информация, полученная в результате такого моделирования, вполне достаточна для правильного конструирования элементов системы, а также для выбора производственных допусков.

Некоторые результаты моделирования могут также служить основой для установления требований к испытаниям как отдельных агрегатов, так и всей системы, обеспечивая в то же время полную информацию о способах ликвидации неисправностей при испытаниях и работе системы.

Во многих случаях аналоговая машина постоянного тока широко используется при испытаниях реальной системы. Например, если имеется в наличии только часть агрегатов системы, то аналоговая машина может быть использована для моделирования остальных элементов, чтобы имеющиеся агрегаты могли быть испытаны.

Благодаря гибкости и возможности широко изменять коэффициент усиления схемы, набранной на аналоговой машине, могут быть просмотрены различные значения коэффициента усиления и коэффициента обратной связи, а также различные методы стабилизации, что позволит провести оптимизацию этих параметров.  При  этом обеспечивается детальная информация для конструирования недостающих элементов системы. Аналоговая машина может быть также использована для моделирования исполнительного элемента при испытании, например, регулятора скорости.

(далее…)

Проверка схемы и нахождение неисправностей

Когда схема, набранная на модели, проверена и неисправности устранены, моделирующая установка готова к работе. Обычно при моделировании к системе подают заданные входные сигналы и исследуют переходные процессы. Эти входные сигналы могут представлять изменение сигнала управления, возникновение нагрузки или синусоидальный сигнал при разных частотах для определения передаточной функции и относительной устойчивости всей системы. Входные сигналы могут быть приложены в виде скачкообразного напряжения к желаемой точке системы или могут изменяться по какой-либо форме посредством цепей RC в случае, когда требуется подавать на вход не скачок, а иную функцию изменения входного сигнала.

На некоторых типах аналоговых машин могут быть созданы определенные начальные условия с помощью цепей переключения и посредством установки требуемых величин напряжений зарядов конденсаторов. Моделирующая установка в этом случае вступает в работу от данных начальных условий, и части схемы включаются на установленные напряжения.

Основным методом для исследования и записи динамических характеристик системы является применение осциллографов со шкалой.

Изображение на осциллографе может быть калибровано либо в величинах напряжений моделирующей установки, либо в единицах измерения переменных системы управления. Значения времени при снятии характеристик переходных процессов могут быть определены по временным отметкам или по скорости движения бумаги записывающего устройства. При использовании многоканального записывающего устройства несколько переменных могут быть записаны одновременно, таким образом определяется соотношение между различными параметрами системы при одних и тех же условиях переходного процесса. После того как сняты динамические характеристики, можно оптимизировать методы и коэффициенты управления.

(далее…)

Схема моделирования

Во-первых, надо еще раз проверить, соответствуют ли соединение усилителей и величины напряжений смещения диодов в ограничительных цепочках схеме моделирования. Во-вторых, нужно изолировать на время каждый из нелинейных блоков и подавать На него входные напряжения, замеряя при этом напряжения на выходе, чтобы гарантировать правильность получения нужной нелинейной функции. Обычно напряжения смещения диодов следует незначительно регулировать из-за нагрузочных эффектов потенциометра. Последняя операция предусматривает подачу заданного входного напряжения на моделирующую установку, в которой все соединения и блоки подключены. Этот входной сигнал должен соответствовать определенному установившемуся режиму работы системы, для которого известны значения всех переменных. При подаче этого входного сигнала следует проверить с помощью масштабных коэффициентов, соответствуют ли напряжения во всех частях схемы значениям переменных системы управления. Если напряжения соответствуют, то модель готова к работе. Если же имеются несоответствия, то может возникнуть необходимость изолировать каждую часть схемы и отдельно перепроверить выходные напряжения, изменяющиеся в зависимости от входного сигнала.

Большинство неисправностей, возникающих при работе на аналоговых машинах, обычно связано с соединениями. Эти неисправности могут быть разбиты на несколько видов — повреждение выводных проводов, разрыв цепей на штепсельном разъеме и неисправности коммутаторов, в результате чего создается неправильное соединение всех выходных точек. Могут возникнуть также повреждения выключателей в моделирующей установке. Другой проблемой является выход из строя сопротивлений или емкостей, используемых для набора цепей. Кроме того, иногда может выйти из строя усилитель или диодная схема. Обычно эти проблемы можно легко исключить при проверке отдельных блоков. Если части схемы работают неправильно, то причину неисправности можно обнаружить путем переключения к другому коммутатору или заменой усилителей на то время, пока обнаруживается неисправная цепочка.

(далее…)

Расчет масштабных коэффициентов

При моделировании большинства систем масштаб времени должен быть изменен для того, чтобы облегчить запись и исследование переходных процессов системы. Путем подбора масштаба времени можно легко добиться, чтобы схема моделирования функционировала быстрее или медленнее, чем реальная система. Например, для того чтобы система при моделировании работала в 5 раз медленнее, чем реальная система, нужно в блок-схему моделирования системы, вместо подставить.

После того как составлена блок-схема для моделирования, могут быть определены схемы моделирования, необходимые для представления каждого блока или функции. Обычно несколько различных схем могут быть использованы для моделирования какой-либо функции. Чаще всего большинство операторов составляют свои собственные схемы, исходя из числа усилителей, имеющихся для моделирования данной системы. Кроме того, необходимо свести к минимуму пусковые эффекты. Отдельные цепи, применяемые для представления различных функций, составлены, исходя из цепочек, приведенных в начале главы. Основным требованием при соединении различных цепочек вместе для образования общей схемы моделирования является правильность знаков напряжений цепей обратной связи в точках суммирования. Иногда требуется дополнительный усилитель для изменения знака сигнала обратной связи. Чтобы уменьшить число усилителей, некоторые блоки могут быть объединены и промоделированы с помощью одной цепочки, если частная переменная, которая может быть исключена, не представляет интереса при записи характеристик переходных системы.

После набора схемы на моделирующей установке следует выполнить еще некоторые операции, чтобы гарантировать точность моделирования работы системы управления.

(далее…)

Предварительные операции

В аналоговых вычислительных машинах переменной величиной является напряжение. Следовательно, все переменные системы управления перед моделированием должны быть преобразованы в сигналы напряжения. Отношения величин напряжений вычислительной машины к соответствующим значениям переменных системы называются масштабными коэффициентами. Выбор масштабных коэффициентов необходим для того, чтобы при любых статических или динамических режимах работы моделируемой системы ни один из сигналов напряжений не превышал предела насыщения усилителей вычислительной машины. Однако величина сигналов напряжений должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить точность имитации системы и создать возможности для записи различных ее характеристик при динамических режимах работы.  При наличии блок-схемы системы, в которой дается диапазон изменения значений переменных, выбор масштабных коэффициентов очень несложен. Например, если скорость па выходе системы может меняться от 0 до 500 рад/сек, а для моделирования выбран диапазон изменения напряжения О-50 в, то 50 в соответствуют 500 рад/сек, и в этом случае масштабный коэффициент будет равен отношению 50/500, или 0,1, в/(рад/сек), как показано на блок-схеме моделирующей установки. Подобным же образом масштабные коэффициенты могут быть выбраны и для других переменных  систем.

После того как подсчитаны различные масштабные коэффициенты, их значения следует учесть, регулируя коэффициенты усиления блоков, представляющих характеристики отдельных элементов системы. Если масштабные коэффициенты для входной и выходной переменных какого-либо блока одинаковы, то изменять коэффициент усиления блока не требуется. Если же масштабные коэффициенты разные, то коэффициент усиления блока моделирующей установки может быть отрегулирован, исходя из блок-схемы моделирующей установки, следующим образом:

(далее…)

Зависимость момента в гидравлическом двигателе от развиваемой скорости

Передаточные функции или уравнения системы должны быть выведены и использованы для того, чтобы определить взаимосвязь различных функций элементов системы управления. Следует установить численные значения всех постоянных и коэффициентов характеристик системы управления. Характеристики нелинейных элементов должны быть линеаризованы около заданных точек установившегося режима. Затем необходимо проверить устойчивость линейной системы. Этот анализ очень важен, и его необходимо провести перед тем, как окончательная схема моделирования будет набрана на машине. Если бы сложная неустойчивая система была набрана на машине, то, вероятно, было бы невозможно определить причины неустойчивости или способы ее ликвидации из-за насыщения усилителей моделирующей установки.

После этого предварительного линейного анализа устойчивости наступает этап подготовки уравнений системы для моделирования. Все постоянные коэффициенты, влияющие на работу системы, должны быть вычислены. Если имеются существенные нелинейности, то их нужно определить численно или привести в форме кривых.

Величины изменения всех параметров управления должны быть установлены для полного диапазона работы системы, который надо исследовать. На этом этапе важно попытаться представить себе действительную работу системы и ее элементов, чтобы проверить, правильно ли выбраны величины и направления изменения параметров. Лучшим методом, дающим такую информацию, является блок-схема системы, в которой указываются действительные величины всех параметров управления. Эта блок-схема будет служить основой для составления схемы моделирования и справочным материалом в процессе моделирования, а затем использоваться при конструировании системы.

(далее…)

Увеличение коэффициента усиления

Блок-схема обычно помогает установить правильные физические соотношения. Как следует из нее, две из нелинейных составляющих момента зависят от скорости двигателя, а третья — от величины момента его трогания. Сразу же после начала движения статическое трение уменьшается, обеспечивая малую величину положительной обратной связи скорость — момент. Как отмечено на блок-схеме, эта характерная особенность должна быть положена в основу блока, моделирующего уменьшение статического трения; в противном случае положительная обратная связь может вызвать неустойчивость работы контура моделирующей машины. Последним этапом моделирования гидравлического двигателя является преобразование блок-схемы в требуемую схему моделирования.

Этот метод моделирования нелинейностей элемента системы управления требует нескольких операционных усилителей. Каждая из различных нелинейностей представляется независимо от других и, следовательно, легко регулируется в процессе моделирования, так что можно определить влияние каждой нелинейности на работу системы.

В предшествующих разделах иллюстрировались схемы моделирования, используемые для представления определенных функций систем управления. Однако комплексное моделирование системы управления требует нескольких предварительных операций, которые позволят окончательно представить всю систему. После того как комплексная схема моделирования набирается на машине, должны быть сделаны определенные контрольные операции, чтобы проверить соединения цепей и правильность работы схемы. После этого схема моделирования готова для работы, и можно определить динамические характеристики моделируемой системы.

Начальные этапы при моделировании системы управления аналогичны проводимым при анализе обычных линейных сервосистем. Система управления представляется посредством схем и функциональных блок-схем, которые определяют работу системы.

(далее…)

Страница 10 из 171« Первая...89101112...203040...Последняя »