ЭСА лек.. Содержание введение датчики
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
5.1. Назначение, классификация и общие характеристики Исполнительный элемент вырабатывает управляющее воздействие на регулирующий орган управляемого объекта (задвижку, клапан и т.д.) С помощью исполнительного элемента изменяется приток энергии или вещества к управляемому объекту, чтобы поддерживать его в заданном состоянии. По виду используемой энергии исполнительные элементы делят на: электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные. Электрические исполнительные элементы Могут быть электромагнитными и электродвигательными. Простейшим электромагнитным исполнительным элементом является тяговый электромагнит (Рис. 57). При подаче напряжения  на обмотку электромагнита втягивается шток и открывает клапан на трубопроводе подачи рабочего вещества к управляемому объекту.Другими представителями электромагнитных исполнительных элементов является электромагнитная фрикционная муфта, применяемая в приводе швейных машин. Устройство и принцип действия ее поясняется рисунком 58.   Рис. 58. «Электромагнитная фрикционная муфта» Рис. 57. «Тяговый электромагнит как исполнительный элемент» При подаче напряжения на щетки, электромагнит притягивает ведомую полумуфту к ведущей и за счет фрикционных элементов вращение передается на ведомый вал. При отключении напряжения под действием пружины полумуфты расходятся, и передача вращения прекращается.В электродвигательных исполнительных элементах регулирующий орган объекта перемещается маломощным реверсивным электродвигателем постоянного или переменного тока через редуктор с большим передаточным отношением. Исполнительные элементы обычно оборудуют тормозом для быстрой остановки, концевыми выключателями для отключения электродвигателя в крайних положениях регулирующего органа и реостатными или индуктивными преобразователями для преобразования углового перемещения в электрический сигал с целью дистанционного контроля положения регулирующего органа. Гидравлические и пневматические исполнительные элементы Бывают мембранные и поршневые. В мембранных исполнительных элементах перемещение регулирующего органа происходит за счет деформации упругой мембраны. При подводе давления  мембрана прогибается, и клапан перекрывается. Прекращается подача рабочего вещества (например, пара) к управляемому объекту. При уменьшении давления под действием пружины клапан открывается (Рис. 59). Рис. 59. «Мембранный исполнительный элемент» Поршневые исполнительные элементы бывают одностороннего (Рис. 60) и двухстороннего (Рис. 61) действия.  Рис. 60. «Поршневой исполнительный элемент одностороннего действия» При подаче давления поршень перемещается вверх, сжимая пружину, и перемещает регулирующий орган. При снижении давления под действием пружины поршень возвращается в исходное положение. Чем больше давление, тем больше перемещение поршня.В исходном состоянии клапаны b и с перекрыты двухбуртиковым золотником, поршень исполнительного элемента неподвижен. При смещении золотника вверх, верхняя полость исполнительного элемента соединяется с подводом рабочей среды по цепи ab, нижняя полость - со сливом по цепи cd. Поршень исполнительного элемента перемещается вниз. При перемещении золотника вниз нижняя полость цилиндра исполнительного элемента соединяется с подводом рабочей среды по цепи ас, а верхняя со сливом по цепи bе, поршень перемещается вверх.  Рис. 61. «Поршневой исполнительный элемент двустороннего действия» 6. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ Задающие элементы Сравнивающие элементы Корректирующие элементы Применение корректирующих элементов в автоматике обусловлено необходимостью коррекции (создание желаемого режима работы) систем автоматического регулирования (САР). Как правило, такие устройства вводятся в САР непосредственно перед усилительным или исполнительным элементом и называются регуляторами. Обеспечивая, тем самым, требуемый режим устойчивости и/или ошибки регулирования. Корректирующие устройства систем автоматического регулирования по принципу действия разделяют на два вида: пассивные и активные. Как первые, так и вторые описываются различными типами дифференциальных уравнений (линейными и нелинейными). Аналитическое решение может быть найдено, как правило, только для линейных уравнений. Для нелинейных, решение может получиться громоздким или вообще отсутствовать. В последнем случае прибегают к методам численного интегрирования и использованием ЭВМ. Пассивные линейные корректирующие устройства Этот вид корректирующих устройств получил очень широкое распространение ввиду исключительной простоты реализации. В состав таких устройств входят: резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. По функциональному назначению они выполняют операции интегрирования и дифференцирования. Рассмотрим схему корректирующего устройства изображенную на рисунке 68.  Рис. 68. «Корректирующее устройство» Составим уравнения по законам Кирхгофа:  Исключив из системы уравнений величину тока  и продифференцировав полученное выражение, найдем: .Введем в это уравнение подстановку  ;  ; и получим: .Из последнего уравнения видно, что данное устройство выполняет дифференцирование на низких частотах и интегрирование на высоких. При больших значениях  данное корректирующее устройство практически во всем диапазоне частот совершает операцию дифференцирования.Для нахождения передаточной функции корректирующего звена, воспользуемся операторным методом, согласно которому  . .Передаточная функция, есть отношение напряжения на выходе к напряжению на входе устройства, преобразовав выражение, получим:  .В случае, когда требуется решение обратной задачи (нахождение схемного решения по желаемой передаточной характеристике корректирующего звена) можно воспользоваться справочным материалом [1], где приведены математические формулы передаточных функций и соответствующие им схемные реализации. Активные линейные корректирующие устройства К активным линейным корректирующим устройствам относятся такие  -цепочки, в которых для формирования требуемого вида уравнений применяются электронные усилители различных типов. Такие устройства получают энергию от дополнительных источников питания, не участвующих в преобразовании основного сигнала коррекции. Постоянные времени корректирующих устройств данного типа определяются величинами емкостей и сопротивлений и могут достигать достаточно больших значений.К числу достоинств подобного рода корректирующих устройств можно отнести: их независимость от нагрузки, широкий диапазон изменения постоянных времени, высокую стабильность реализуемых ими дифференциальных уравнений. В таблице 7 приведены корректирующие устройства постоянного тока на операционных усилителях. Таблица 7. «Активные линейные корректирующие устройства»
Нелинейные пассивные корректирующие устройства Возможности линейных корректирующих устройств в системах автоматического регулирования, имеющих в своем составе нелинейности, ограничены и не могут обеспечить требуемого качества переходного процесса и высокой динамической точности. Введение нелинейных корректирующих устройств уменьшает влияние помех (шумов). Позволяют в большинстве случаев сократить время переходного процесса и повысить качество регулирования. Используются такие виды нелинейных корректирующих устройств: Псевдолинейные четырехполюсники. Обеспечивают в системах управления либо изменение фазы при неизменной амплитуде, либо изменение амплитуды при неизменной фазе. Они состоят из двух ветвей, сигналы с которых подаются на блок умножения (Рис. 69). В цепи сигналов могут включаться линейные -цепи обычного типа. Канал с блоком абсолютного соотношения формирует амплитудные соотношения, а канал с релейным блоком – фазовые соотношения. Рис. 69. «Псевдолинейные четырехполюсники» Нелинейные четырехполюсники. Образуются путем введения нелинейного элемента между двумя пассивными -цепочками. Нелинейный элемент образуется с помощью диодных линеек (Рис. 70). Рис. 70. «Схемы нелинейных четырехполюсников» Нелинейные активные корректирующие устройства Нелинейные активные корректирующие устройства, получившие наибольшее распространение, бывают двух видов: нелинейные четырехполюсники, у которых нелинейный блок реализуется на диодах с включением операционных усилителей (Рис. 71); нелинейные блоки с перестройкой коэффициента усиления или их структуры (Рис. 72,а). В схемах с перестройкой коэффициента усиления схема работает в двух режимах. Коэффициент усиления в режиме набора скорости реализуется по ветви 1 (Рис. 72,б), а в режиме торможения по ветви 2. Под участком набора скорости понимают такой участок переходного процесса, где скорость и ускорение имеют одинаковый знак. На участке торможения знаки скорости и ускорения различны. Переключение нелинейного блока коэффициента усиления осуществляется дискриминатором, который реагирует на знаки сигналов скорости и ускорения.  Рис. 71. «Реализация нелинейности с помощью диодов и ОУ: а) нелинейность типа насыщение; б) схема ее реализации; в) нелинейность типа релейной характеристики; г) схема ее реализации»  Рис. 72. «Система с перестройкой коэффициента усиления: а) блок-схема; б) характеристика нелинейного элемента» Блок-схема системы с изменяемой структурой и нелинейным логическим блоком переключения приведена на рисунке 73. После сельсинной сравнивающей схемы 1 включено нелинейное корректирующее устройство 2, которое изменяет свою структуру в зависимости от сигнала логического блока 3. Логический блок получает сигналы с выхода усилителя мощности 4  и исполнительного элемента 5  . Главная обратная связь системы осуществляется через редуктор 6. Принцип действия заключается в том, что логическое устройство, сравнивая знаки сигналов и , производит изменение структуры корректирующего блока 2, увеличивая действие торможения двигателя. Рис. 73. «Система с перестраиваемой структурой» |
