Попов Д.Н. - Динамика и регулирование гидропневмосистем (1067565), страница 68
Текст из файла (страница 68)
В следующих параграфах сначала будут рассмотрены статические и динамические характеристики устройств, которые в конструктивном отношении непосредственно связаны друг с другом, К ним относятся электромеханический преобразователь, гидравлический или пневматический усилитель, исполнительный двигатель и датчик обратной связи. Эти устройства часто объединяются в одном агрегате. Электронный„ полупроводниковый нли магнитный усилитель является самостоятельным элементом, который может быть совершенно обособлен от перечисленных выше устройств. Выбор типа и параметров усилителя зависит от условий использования следящего привода и требований, предъявляемых к устойчивости и качеству процессов управления.
Вследствие этого на взаимной связи характеристик усилителя и остальных элементов привода мы остановимся при исследовании динамики всего привода. 3 44.2. СТАТИКА И ДИНАМИКА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Электромеханический преобразователь (ЭМП) воспринимает электрический сигнал и преобразует его в пропорциональное поступательное или угловое перемещение якоря, связанного с золотником, заслонкой нли струйной трубкой. Применяемые в следящих приводах ЭМП различаются по принципу действия и по конструктивному исполнению Пб).
Наиболее широко используются поляризованные преобразователи электродинамического типа с подвижной управляющей катушкой, преобразователи электромагнитного типа с «магнитной пружиной» и преобразователи электромагнитного типа с механической пружиной. Схема преобразователя электродинамического типа с подвижной управляющей катушкой показана на рис. 14.4, а. Преобразователь состоит из сердечника 1, корпуса 2, катушки подмагничивания 3, управляющей катушки 4, штока 5 и двух плоских центрирующих шток пружин 6 и 7. К штоку присоединен управляемый преобразователем элемент, например, золотник 8. При прохождении электрического тока по катушке подмагничивания в кольцевом зазоре, в котором расположена управляющая катушка, создается радиальный магнитный поток.
В результате взаимодействия магнитного потока с током в подвижной катушке возникает электро- динамическая сила, смещающая вверх или вниз катушку вместе со штоком. При этом плоские пружины, на которых закреплен Рис. 14.4. Схемы влектромеханнческнх преобрваоиателей: н — с подвижной управляющей катушкой; б — с «магнитной пружиной»; в — с механи- ческой плоской пружиной; а — с цилиндрической разделительной трубкой шток, прогибаются. Направление перемещения штока определяется направлением тока в управляющей катушке. При отсутствии этого тока шток плоскими пружинами удерживается в среднем положении. В преобразователях электромагнитного типа перемещение подвижных частей (якоря и жестко соединенного с ним управляемого элемента) вызывается взаимодействием нескольких магнитных потоков.
Схемы таких преобразователей даны на рис. 14.4, б, в и г, Они имеют по два Г-образных сердечника 1, закрепленных на осно. ванин 2. На сердечниках установлены две обмотки 3 подмагничивания, которые питаются от источника постоянного тока. Обмотка управления 4 располагается вокруг якоря 5, который может поворачиваться внутри неподвижного каркаса этой обмотки. Когда по обмотке управления не проходит электрический ток, на якорь со стороны полюсов сердечника действуют электромагнитные силы только от потока Фп. При этом якорь уравновешен.
С появлением тока в обмотке управления возникают дополнительные магнитные потоки Ф, один из которых складывается с по- 359 током Ф„, а другой вычитается. Равновесие якоря нарушается, и он отклоняется от нейтрального положения на некоторый угол «р„. Новое равновесное положение якоря преобразователя, изображенного на рис. 14.4, б, наступает вследствие того, что при отклонении якоря от нейтралн существенно изменяется магнитная проводимость имеющих специальную форму зазоров между торцом якоря и полюсами сердечника. Этот эффект аналогичен действию на якорь уравновешивающей пружины, в связи с чем такие преобразователи называются преобразователями с «магнитной пружиной».
При форме сердечника, показанной на рис. 14.4, в и г, для обеспечения равновесия якоря на разных углах отклонения его от нейтрали используются либо пружины б и 7, либо упругая трубка 10 (рис. 14.4, г). В последнем типе преобразователя трубка отде- ляет обмотки управления и подмагничи- Яг вания от пространства, которое может ///« быть заполнено жидкостью, если элемент 9 является заслонкой гидравлического усили/ / геля (рис. 14.4, в). Такие преобразователи / / » называются «сухими» в отличие от тех, у которых обмотки соприкасаются с рабочей жидкостью Кроме перечисленных преобразователей в автоматических системах управления Рвс. 14Л.
Статическая применяются также поляризованные прехарахт«рв«таха ЭМП образователи с постоянными магнитами н неполяризованные преобразователи. Краткий обзор схем преобразователей приведен в работе (15), где даны и основы расчета электромеханических характеристик этих устройств. Статическая характеристика электромеханического преобразователя определяет зависимость линейного й„или углового «»„перемещения якоря от тока управления (рис. 14.5). При использовании преобразователя совместно с гидро- или пневмоусилителем якорь будет нагружен усилиями, действующими со стороны потока рабочей среды на золотник, заслонку или струйную трубку.
Статическую характеристику преобразователя с учетом этих усилий можно найти с помощью внешней силовой или внешней моментной характеристики. Первая характеристика выражает зависимость тягового усилия Р„, развиваемого якорем, от тока управления 1„ и перемещения й, якоря (рис. 14.6, а). Вторая характеристика связывает крутящий момент якоря М„с током управления 1 и углом поворота якоря <р„(рис.
14.6, б), Поступательно перемещающийся якорь нли поворотный якорь занимают равновесное положение, когда Р„= Р„или когда М„= = М„, где Р„и ̄— соответственно сила и момент, вызванные нагрузкой на управляемом элементе. Эти величины являются функциями соответственно перемещения й„и угла «р,. Наложив графики этих функций на внешние силовую или моментную харак- Збо теристики, по точкам их пересечения можно определить зависимости Ь„= Ь„(1т) и и„= ор„(1„), которые и будут статическими характеристиками нагруженного преобразователя. При слабом магнитном гистерезисе и незначительном сухом трении в подвижных частях все рассмотренные характеристики допустимо считать однозначными.
В этом случае статическая характеристика нагруженного преобразователя будет близка к линейной. С учетом магнитного гистерезиса или сухого трения на статической характеристике можно получить петлю (штриховая линия на рис. 14.5), которая, однако, у реальных устройств обычно имеет малую ширину. Рис. 14.б. Внешняя характеристика ЭМП Внешние силовые или моментные характеристики преобразователей удобно использовать также при составлении уравнений динамики. Рассмотрим наиболее часто встречающийся в современных следящих приводах электромеханический преобразователь с поворотным якорем.
Применив уравнение вращения твердого тела вокруг неподвижной оси, будем иметь ̄— ̄— М,-г,ф, (14.1) где Х„ — момент инерции якоря и управляемого элемента относительно оси вращения якоря; если преобразователь «сухой», то должен быть предварительно определен центр вращения якоря вместе с управляемым элементом; ̄— демпфнтрующий момент, возникающий при движении якоря и уйравляемого элемента вследствие действия сил трения и вследствие изменения электромагнитных сил из-за появления встречной э. д. с. в обмотке управления.
Пренебрегая силами сухого трения, примем М„пропорциональным угловой скорости якоря: М й нйрв вй ' (14.2) за~ где Йз, — коэффициент демпфирования якоря, значения которого выбираются на основании экспериментальных данных, Не учитывая магнитный гистерезнс, внешнюю моментную характеристику преобразователя можно представить наклонными параллельными прямыми. Тогда ее уравнение запишем в виде М, = К„з(р — Км,рзр., (14.3) где Км,р — — и, 1д рз (см. рис. 14.6, б); К„, = и, 16 рз (рнс. 14.6, в); пз и и, — коэффициенты масштабов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
