книги / Основы автоматики

исполнительных органа: электрический соленоид, пневматический и гидравлический поршневые приводы, имевшие одинаковые диамет­

ры,	равные 150 мм. Соленоид			развивает на штоке уоилие 400 -
600	и,	пневмопривод при	рабочем давлении 300 н/см2 -		около
50.000		н, гидропривод,	работающий при обычном давлении (550 -
600	н/см2) , - порядка 100.000			н.
	2.	Б о л ь ш о е	б ы с т р о д е й с т в и е .		Ifcorpo-

дейотвие пневматических и гидравлических механизмов с воэврат- но-поотупательным движением значительно (примерно в 10 раз) выше, чем электрических, неомотря на ограниченную скорость распространения командного импульса.

3. Н а д е ж н о е т ь . Опыт эксплуатации пневматических и гидравлических систем показывает, что в наиболее ответствен­

ных случаях применяется именно эти оистемы, а не	электрические
и электронные. Так, например, системы наведения	орудий, где

требуется высокая надежность, как правило, делается гидравли­ ческими. Системы внутренней автоматики на американских спут­

никах в основном выполнены пневматическими.
4. П р о с т о т а	э к с п л у а т а ц и и	и	р е ­
м о н т а . Ремонт и эксплуатация гидравлических		систем	не тре­

бует высокой квалификации пероонала: выявление дефектов в гид­ равлических оистемах значительно проще, чем, например, в элек­ тронных. Аппаратура пневмо- и гидроавтоматики мало подвержена коррозии.

К недостаткам гидравлических и пневматических устройств следует отнести:

-возможность загрязнения и утечек жидкости и газа, что приводит к изменение рабочих характеристик;

-взрыво- и пожароопасность, причем взрывоопасность в основном характерна для пневматических систем, а пожароопаояость - для гидравлических.

§ 5 .7 . СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Выбор типа исполнительного уотройства для автоматических систем управления связан с необходимостью удовлетворять мно­ гим, подчас противоречивым, требованиям. К ним относятся вы­ ходная мощность, кратность регулирования, инерционность«удоб­ ство и простота усиления управляющего сигнала, вес, габариты.

надежность в реальных условиях эксплуатации. Все это требу­ ет творческого подхода и не позволяет заранее дать единствен­ ное решение. Однако накопленный опыт разработок и эксплуата­ ции сиотеы дает возможность вое же сформулировать некоторые полезные рекомендации.

Так, при мощности до 10 вт и не слишком жестких требова­ ниях к коэффициенту полезного действия, весу и габаритам наи­ более целесообразно в качестве исполнительных устройств ис­ пользовать двухфазные аоинхронные двигатели с полым ротором. Они обладает высокой надежностью при эксплуатации, ооэдают малый уровень помех, приспособлены работать в вакууме и при большой влажнооти, в сочетании о тахогенераторами обеспечи­ вают очень большую кратность регулирования и имеют малую инер­ ционность. Для управления зтими двигателями используются уоилители переменного тока, в том числе и магнитные, обладающие высокой стабильностью характеристик. Однако эти двигатели име­ ют сравнительно малые пусковые моменты, низкие коэффициенты полезного действия, повышенный вео и габариты на единицу по­ лезной мощности. Поэтому, когда к указанным характеристикам предъявляются особенно жесткие требования (например, на кос­ мических аппаратах), даже при полезной мощности до 10 вт целе­ сообразнее использовать двигатели постоянного тока. Для повы­ шения надежности последних и уменьшения создаваемых ими помех токораспределение лучше сделать не коллекторное, а о помощью полупроводниковых охем.

Электрические двигатели постоянного тока также могут быть рекомендованы во всех случаях, когда полезная мощность превы­ шает 10 вт и может составлять десятки и сотни киловатт, и при этом требуется достаточно большая кратнооть регулирования.

Для управления двигателями мощностью до 50 - 100 вт могут ис­ пользоваться полупроводниковые, электронные (тиратронные) и магнитные усилители переменного тока с демодуляторами на вы­ ходе. При мощностях выше 100 вт целесообразно применять магнит­ ные и электроыашинные усилители. Для повышения кратности регу­ лирования может применяться тахометрическая гибкая обратная связь по постоянному току с большим коэффициентом усиления.

При одинаковой мощности управления электромашинные уси­ лители имеют несколько больший вес, габариты и сравнительно более низкую надежность. Поэтому по мере увеличения мощности полупроводниковых приборов магнитные усилители применяются

вое более широко и для управления двигателями постоянного тока. Гидравлические приводы используют при тех же мощностях,

что и электрические двигатели постоянного тока. Они обладают очень высоким быстродействием, весьма жесткими механическими характеристиками, большей по сравнению с двигателями постоян­ ного тока кратностью регулирования и способны развить большие уоилия и моменты. Однако при одной и той хе полезной мощности даже самые совершенные гидравлические приводы имеют больший вес, требуют более значительной мощности управления. Изготов­ ление элементов гидравлических исполнительных устройств может быть выполнено только высококвалифицированными специалистами на прецизионном оборудовании. Вследствие указанных причин гидравлические исполнительные устройства чаще всего применя­ ются в системах, где необходимо кратковременно развивать зна­ чительные усилия и моменты или требуется очень малая инерци­ онность.

Шаговые двигатели применяются при необходимости програм­ много управления двихением с помощью импульсов. Из-за большо­ го веса на единицу мощности и импульсного характера вращения в качестве силовых исполнительных устройств шаговые двигате­ ли яе применяются.

Г л а в а У1

СЧЕТНО-РЕШАШИЕ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

§ 6.1 ВВЕДЕНИЕ

Счетно-решающие устройства предназначены для автоматиче­ ского выполнения математических операции. Они могут испольэоватьоя непосредственно для проведения математических вычисле­ ний и могут являтьоя частью системы автоматического управления.

Все более широкое использование счетно-решающих устройств в автоматических системах объясняется расширением круга задач« решаемых автоматическими системами, увеличением сложности ре­ шаемых задач. Например, оозданы автоматические оиотемы,позво­ ляющие решать такие сложные задачи, как задачи навигации под­ водных и надводных кораблей, самолетов, искусственных спутни­ ков Земли, задачи уничтожения в полете самолетов и ракет про­ тивника и т .д . При решении этих задач приходитоя выполнять операции суммирования, умножения, деления, интегрирования.три­ гонометрические преобразования и др. В самонастраивающихся си­ стемах очетно-решающие устройства учитывают изменение внешних уоловий и параметров системы, производя необходимые вычисления для перенастройки оиотемы.

Наиболее оложным и совершенным счетно-решающим устройством являвтоя цифровая вычислительная машина (ЦВМ)# опоообная решать все вышеназванные задачи. В настоящее время созданы и эксплуа­ тируются ЦВМ, которые включаются в автоматические системы над­ водных и подводных кораблей, летательных аппаратов. Внедрение QBU не привело и не приведет в будущем к полному вытеснению простых счетно-решающих уотройотв непрерывного действия. Это объясняется тем, что многие простые математические задачи но-

гут быть решены проотыми счетно-решающими устройствами непре­ рывного дейотвия, которые дешевле и надеинее ЦВМ.

Б настоящей главе описаны элементы и устройства непрерыв­ ного дейотвия, используемые для выполнения основных математи­ ческих операций: олояения, умножения, деления, интегрирования, тригонометрических преобразований.

§ 6 .2 . ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Функциональные устройства предназначены для воспроизведе­ ния различных функциональных зависимостей. Обычно входной ве­ личиной (независимой переменной) функциональных устройств авто­ матических сиотем является угол поворота валика, выходной - напряжение. Примерами функциональных устройств являются про­ фильные потенциометры, синуоно-кооинуоные потенциометры, вра­ щающиеся трансформаторы и др.

В этом параграфе мы рассмотрим только профильные и синус- но-кооинусные потенциометры, а также потенциометры с шунтирую­ щими сопротивлениями.

I . Профильные потенциометры

Профильные потенциометры используются для воспроизведения нелинейной функциональной зависимости напряжения от пеоемеще-

Рис.6.1. Функциональные потенциометры:

а) профильный потенциометр; б) потенциометр с шунтирующими сопротивлениями

ния ползунка потенциометра (рис.6 .1 ). Изменяя профиль потен­ циометра, можно получать различные функциональные зависимости

иВых~

Достоинством профильных потенциометров является простота их изготовления при несложной форме каркаоа, недостатком - трудность намотки проволоки на каркасы оложной конфигурации.

2. Потенциометры с шунтирующими сопротивлениями

Воспроизводить нелинейную функциональную зависимость на­ пряжения от перемещения ползунка потенциометра можно и с по­ мощью потенциометров с ^профилированным каркасом. Для этого отдельные участки потенциометра шунтируются сопротивлениями

(ри с.6 .1 ,6 ). На каждом из				учаотков потенциометра			а -	Ь , Ь- с ,
С - d , вашунтированном				сопротивлениями /?ш) ,			/?ш2	,	/?шЛ,
напряжение ивьа в зависимооти от					перемещения ползунка				по­
тенциометра изменяется			по линейному закону			(рис.6 .2 ,б ).				На­
клон характеристики		Ulblx = f(x)			внутри каждого участка					опре­
деляется падением напряжения на нем и длиной участка. Чем
меньше падение напряжения на участке и чем длиннее участок,
тем меньше наклон характеристики					ивых=/'(я)
Из рис.6 .1,6 видно, что точность воспроизведения требуе­
мой зависимости	Ut	=	f ( x ) определяется			точностью линей­
но-кусочной аппроксимации				этой зависимости.		Ug =			f (х )
Для воспроизведения			сложных зависимостей

выгоднее использовать потенциометры о шунтирующими сопротив­ лениями, чем профильные потенциометры.

На рис.6.2 в качестве примера приведена схема синусно­ косинусного потенциометра с шунтирующими сопротивлениями. С одной щетки потенциометра снимается напряжение, пропорциональ­ ное оинуоу угла поворота щетки, с другой - косинусу угла по­ ворота:

U.	т.!к	slno(	(6.1)
выхг	2
U.	и„	COSd	(6.2)
выхг	2

Точность потенциометров с шунтирующими сопротивлениями выше точности профильных потенциометров. Точность воспроиз-

Рис.6 .2 . Синусно-кооинусный потенциометр с шунтирующими сопротивлениями

ивведения функций определяется числом шунтирующих сопротивлений и диаметром провода (диаметром провода определяется ошибка сту­ пенчатости).

3. Плоский синтсно-кооинуоный потенциометр

Плоский оинусно-косинуоный потенциометр соотоит ив плоской изоляционной пластинки, на которую равномерно намотан провод (рис.6 .3 ).

Рио.6 .3 . Плоский синусно-косинуоный потенциометр

Контакт щетки потенциометра скользит по очищенной от изо­ ляции круговой дорожке. Выходное напряжение потенциометра про­ порционально оинуоу или кооннуоу угла поворота щетки потенцио­ метра:

		и,	ис	и
	U8b'xi = 2 R s = 2Я /?slno( = T " slnd				; (6*3)
	и»ухг= -Г Sln(c(+90°) = -%-cos d				( 6Л >
Достоинством плоского оивуоно-косинуоного потенциометра
являетоя	проотота его	изготовления,		недостатком -	низкая точ­
ность (I	- 5 °). Низкая	точность	объяоняетоя плохим контактом

между потенциометром и щеткой, движущейся по длинным виткам, которые трудно надежно закрепить на изоляционной пластине. Кроме того, у плоского потенциометра велика ошибка отупенчатостн. Большая ошибка вызывается тем, что щетка переоекает витки под углом, меньпим 90° (угол пересечения витков синус­ ной щеткой равен 90° только в двух точках: d = 0° и о(= 180°).

§ 6 .3 . ВРАЩАЮЩИЕСЯ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Вращащиеоя трансформаторы (ВТ) использувтоя для выполне­ ния тригонометрических преобразований, в качестве датчиков

положное по фазе с напряжением статора. Величина наведенного напряжения зависит от углового положения ротора относительно статора. За нулевое положение ротора принимает положение, в котором магнитные оои обмоток статора совпадают о магнитными осями обмоток ротора. При отсут­ ствии нагрузки действующее значе­ ние напряжения на обмотках рото­

ра изменяется по законам оинуоа и косинуса угла поворота ротора (рио.6.5):

					U. , = U Sind ;
					бых/	т	1	(6 .5)
					U.	= (/coso(
					бых2	т
				Максимальное напряжение					-
									ит
			зависит от величины напряжения
			питания и соотношения числа вит­
			ков обмоток ротора и статора:
				U,				<«•«>
			где	ч	и	- число витков			обмо­
			ток	статора и ротора.
				Для большинства типов ВТ зна­
			чение		коэффициента трансформации
Р ис.б .6. К влиянию нагруз­			кТ лежит в пределах				от	0,5	до I .
ки на статическую характе­				При подключении к выходным
	ристику ВТ		обмоткам ВТ нагрузки				нарушаются
синусная и косинусная зависимости выходных напряжений
и Uf	от угла	поворота d . Предположим, что нагрузка						подклю­
чена	только к	одной обмотке. Под влиянием				з .д .о ., наведенной
в роторной_обмотке, по ней потечет ток I						Он создаст		магнит­
ный поток Ф.		(рио .б .б). Этот поток можно предотавить						в виде
двух составляющих: продольной			составляющей			потока		, направ-
ленной вдоль магнитной оси обмотки статора						(вдоль Фст ) . и
поперечной составляющей потока Ф ^					, направленной		перпендику­
лярно магнитной оси обмотки статора					(перпендикулярно Ф£т				) .

По правилу Ленца, под влиянием продольной составляющей по­ тока ротора Фр1 в обмотке статора наведется ток, который создаст