aru (Лекции в электронном виде), страница 2

Он умышленно не учитывает силы сухого трения исоставляет систему дифференциальных уравнений третьего порядка длясистемы автоматического регулирования двигатель регулятор. Вышнеградский выводит характеристическое уравнение в безразмерном видетретьей степени с двумя постоянными коэффициентами  и  , определяющими работу системы регулирования двигателя с центробежным регулятором прямого действия. В результате им получена диаграмма устой9чивости (рис.

1.5), которой пользуются в настоящее время и которая носит его имя.Области работы САРч:1– апериодические сходящиесяпроцессы;2– устойчивые (периодически сходящиеся)процессы;3– периодически расходящиесяпроцессы (работа невозможна);4 – апериодические расходящиесяпроцессы (работа не возможна).Т. А – конкретный режим работы сполной конкретизацией качества переходных процессов.Рис. 1.5. Общее представление о диаграмме ВышнеградскогоВышнеградский положил начало изучению переходных процессов регулирования (динамики систем автоматического регулирования частотывращения (САРч) двигателей внутреннего сгорания) и заслуженно считается основоположником классической теории автоматического регулирования.Важнейший вклад в эту новую область знаний внесли работы ученикаЧебышева А. М. Ляпунова по теории устойчивости движения возмущенной САРч.

Они были в дальнейшем обобщены в фундаментальной книгеЛяпунова «Общие задачи об устойчивости движения» в 1948 г.В период 1880–1890 гг. появляется необходимость в регуляторахнепрерывного действия с большими перестановочными усилиями на выходе. Начинают применяться регуляторы непрямого действия (РН), состоящие из двух последовательно соединенных элементов: чувствитель-10ного измерителя скорости вращения вала машины и усилителя мощности,как правило, гидравлического типа (рис.

1.6).Рис. 1.6. Функциональная схема регулятора непрямого действия без обратной связиУсилитель мощности (см. рис. 1.6) состоит из управляющего устройства (УУ) и исполнительного механизма (ИМ). Выходная координата Sсвязана с органом управления подачей топлива или пара. Рабочее тело(масло), имея высокое давление и действуя на поршень достаточно большого диаметра, обеспечивает высокое значение перестановочной силы,что позволяет управлять мощными машинами. Новый режим работы,например, устанавливается после многократных движений механизма,когда, наконец, координата S будет соответствовать новой нагрузке, азолотник УУ займет нейтральную позицию.

Это возможно только тогда,когда восстановится скоростной режим. Следовательно, статическая характеристика будет астатической,   0 . Однако, из-за неустойчивой работы объекта с РН без обратной связи, так и не удалось обеспечить качественную работу объекта регулирования. Но в практике вскоре нашлосьвесьма простое решение: введение так называемой обратной связи (ОС),которая представлена на рис. 1.7, а. Как видно из рис. 1.7, а, жесткая обратная связь обеспечивает воздействие от перемещения силового поршняИМ на золотник УУ (ось вращения находится на муфте регулятора).11По окончании переходного процесса регулирования золотник должен занять нейтральную позицию при новом положении силового поршня, соответствующем новой нагрузке.

Это возможно лишь при условии,что восстановится статическая характеристика чувствительного элемента,всякому положению силового поршня будет соответствовать новое значение угловой скорости регулятора. Если рассматривать процесс регулирования в замедленном режиме, то увидим, что начавшееся движениепоршня ИМ через обратную связь как бы само себя останавливает (процесс вывода на новый режим происходит как бы малыми шагами донаступления равновесного состояния, когда поршень выходит на положениеновой нагрузки, а золотник находится в нейтральной позиции).Рис.

1.7. Функциональные схемы регуляторов непрямого действия:а) – с жесткой обратной связью (ЖОС); б) – с гибкой обратной связью (ГОС)В настоящее время широкое применение получили регуляторы непрямого действия с гибкой обратной связью (см. рис. 1.7, б). Отличие ихот ЖОС во введении в обратную связь катаракта и пружины (так называемого в технике изодрома). Поэтому РН с ГОС часто называют изодромными регуляторами. Процессы в регуляторе быстротечны, и РН с ГОС напервых шагах регулирования ведет себя как РН с ЖОС (в катаракте неуспевает перетекать через иглу масло, что вызывает деформацию пружины). И переходный процесс, предварительно закончившись по принципу12ЖОС, продолжается до тех пор, пока силовой поршень не займет новуюпозицию, золотник окажется в нейтральном положении, а частота вращения будет соответствовать исходной.

Вот почему статическая характеристика будет астатической, т. е.   0 , и будет иметь место точное регулирование. Если же перекрыть иглу катаракта, то ОС превратится в ЖОС итогда   0 . При полностью открытой игле будет иметь место   0 (регулятор без ОС) при низком качестве регулирования.Появляются работы М. Н. Леоте (франц., исследовал нелинейности,связанные с работой ИМ и УУ), Н. Фарко (франц., предложил использование ЖОС), А.

Стодола. Последний перенес и развил идеи своего времени на регуляторы непрямого действия, он получил характеристическоеуравнение до 6-го порядка, затем сводил порядок системы уравнений путем упрощений до 3-го порядка и затем пользовался диаграммой Вышнеградского.Желая получить метод исследования сходимости (устойчивости)процессов регулирования, описываемых системой дифференциальныхуравнений, А. Стодола обратился к А.

Гурвицу (математику Цюрихскогополитехникума). И тот в удобной детерминантной форме, пригодной дляхарактеристического уравнения любой степени, записал условие сходимости.Несколько иным путем и примерно в тот же период времени другойнемецкий математик Рауз (в литературе можно встретить написаниеРаут) пришел к решению поставленной задачи.

Поэтому указанные критерии в дальнейшем стали называть критериями сходимости РаузаГурвица. Теперь А. Стодола смог завершить свои теоретические исследования регуляторов скорости, проверить действенность теории путем эксперимента на конкретных моделях регуляторов. Считается, что именноон, опираясь на работы Вышнеградского, к началу ХХ века создал теоретические основы классической теории регулирования.С 1906 по 1909 гг. в МВТУ и МГУ (г.

Москва) проф. Н. Е. Жуковский(отец русской авиации) издает лекции по курсу «Теория регулированияхода машин». Эти лекции нашли широкое использование не только приподготовке специалистов, но и в практике проектирования регуляторовскорости.13В 1922 г. создано Всесоюзное объединение тяжелого машиностроения, в состав которого вошли 18 заводов, изготавливающих двигатели, и13 научных организаций.Следует отметить основные вехи дальнейшего развития теории автоматического регулирования в нашей стране.

На заводах дизелестроительной промышленности создаются многочисленные типы регуляторовдля выпускаемых двигателей (это Петербургский завод братьев Нобель, вдальнейшем з-д «Русский дизель», Коломенский завод, бывший завод«Фельзер» в г. Рига, эвакуированный перед Отечественной войной вНижний Новгород и получивший название завод «Двигатель революции», и др.). Созданы научно-исследовательские организации.

Например,в 1924 г. под руководством Л. К. Мартенса создана Ленинградская лаборатория тепловых двигателей, которая далее была реорганизована в центральный научно-исследовательский дизельный институт (ЦНИДИ).Именно здесь в 1937 г. создается отдел автоматического регулирования иуправления дизельных установок. Создаются регуляторы скорости, температуры масла и воды, системы аварийно-предупредительной сигнализации и защиты (АПС), системы дистанционного автоматизированногоуправления дизелями (ДАУ), приемные и исполнительные устройства автоматики. В ЦНИДИ разрабатываются отечественные дизели, в том числеавтоматизированные дизель-генераторы, внедряются в эксплуатацию системы АПС и ДАУ.

Там же разработаны под руководством А. М. Каца, Л.В. Гендлера и Е. С. Ковалевского различные автоматические регуляторычастоты, а на заводе в г. Саратове создано производство унифицированных регуляторов типа РН-30, не уступающих всемирно признанной фирме «Вудворд». Внедрены методы проектирования систем автоматического регулирования частоты, температуры воды и масла. В Ленинграде создан центральный научно-исследовательский институт топливной аппаратуры (ЦНИТА), в котором также работает отдел регулирования автотракторных дизелей.