системой управления (в том числе сигналы ручного управления), усиливаются и преобразуются в мощные управляющие воздействия на двигателе, изменяющие его движущую силу или момент, а также скорость в требуемом направлении.

Полезно используемая двигателем часть

энергии ЛП = - П~ (где - энергия,

подводимая к двигателю, П - отводимая от двигателя (теряемая) часть энергии). Для изменения разности АП можно изменять величины П , П (каждую отдельно или одновременно). Наиболее экономичный способ

управления двигателем - изменение П при

сохранении П на постоянном минимальном уровне. В этом случае от источника энергии отбирается ее столько, сколько необходимо в каждый данный момент времени для обеспечения заданного закона движения двигателя, т.е. для поддержания требуемых скорости и движущей силы (момента).

Однако на практике по различным причинам приходится использовать и менее экономичные способы управления потоками энергии. Например, электроприводом с двигателем постоянного тока независимого возбуждения, можно управлять изменением: 1) тока возбуждения (магнитного потока двигателя); 2) сопротивления цепи якоря; 3) напряжения, подводимого к цепи якоря. Первый и третий способы более экономичны, так клак в этих случаях управляющие воздействия на двигателе изменяются, главным образом, в результате

изменения П. При втором способе, наоборот, основную роль в изменении ДП играет

П , причем, чем значительнее уменьшение АП, тем большая часть энергии рассеивается в виде теплоты в устройстве изменения сопротивления цепи якоря.

Наиболее экономичным способом регулирования АП в приводах с двигателями переменного тока является увеличение или

уменьшение величины П за счет изменения частоты напряжения (частотное регулирование).

В гидроприводе с дроссельным управлением от источника энергии (насосной станции) поступает поток энергии в объемах, превышающих необходимое ее количество; поэтому часть этой энергии переводится в теплоту дросселированием потоков жидкости в каналах управляющих устройств. Таким путем уменьшается полезно используемый перепад давлений на рабочем органе двигателя и его движущее усилие или момент приводится в соответствие с заданным. Значительно более эффективны системы объемного управления гидроприводом, в которых изменение управ-

ляющего воздействия достигается, главным

образом, за счет изменения энергии П , подводимой к двигателю от источника. Однако системы объемного управления обладают худшими динамическими свойствами, имеют более высокую стоимость, что заставляет в некоторьЕХ случаях мириться с повышенньпи потерями в системах с дроссельным управлением.

Принципиальные схемы, иллюстрирующие принципы действия некоторых распределительных устройств, показаны на рис. 9.1.3.

Система управления приводом генерирует управиляющие сигналы в соответствии с заложенными в ней алгоритмами и информацией, поступающей от датчиков текущего состояния привода (обратной связи, Уо.с) и от задающего устройства которые формируют

закон движения привода согласно требованиям технологического процесса. Если технологический цик;1 состоит из нескольких этапов, причем на каждом из них рабочий орган должен двигаться по своему закону, то система дополняется более высоким уровнем, управляющим переходами от одного этапа к другому с соответствующим изменением задающего

Ро Рг

Рис. 9.1.3. Схемы распределителей:

а - управляемого тиристорного преобразователя; о - золотникового преобразователя; в - типа струйная труба ; г - типа сопло-заслонка ; 7 - струйная труба; 2 - корпус с приемными каналами; 3 - сопло; 4 - входной дроссель; 5 - заслонка; Т - трансформатор; 71, 72 - транзисторы; СУ - система управления; - входной управляющий сигнал; и - выпрямленное напряжение; fb 2 - фазные напряжения на входе; а - угол запаздывания открытия транзисторов, задаваемый сигналом Ц; Ai - давление питания; /?о - давление окружающей среды; Рх.рг- давления в рабочих каналах, ведущих к плоскостям двигателя

cHraajia. На этом или более высоком уровне может быть организовано управление последовательностью движений многих рабочих органов (и соответственно приводов) сложного технологического оборудования. Системы высоких уровней по принципу действия обьгшо дискретные (цифровые, реализуемые на базе ЭВМ), решение о переходе к каждому следующему этапу цикла принимается на основании анализа логических условий и всего объема информации о ходе процесса, состоянии рабочих органов, инструмента, удовлетворении ограничений и т.д.

При относительно небольшом числе этапов, простой структуре технологического цикла и простых способах контроля за ходом процесса (например, с помощью конечных переключателей, отмечающих достижения рабочими органами заданных положений) для целей управления циклом могут бьггь применены универсальные перепрограммируемые электронные командоаппараты.

Система управления нижнего уровня поддерживает требуемую скорость, движущую силу, заданный закон движения привода; обеспечивает остановку рабочего органа в заданных точках и выполняет другие задачи, относящиеся непосредственно к управлению движением. Для решения указанных задач используются системы с различными способами управления потоками энергии: непрерывным (аналоговым), импульсным, релейным. При непрерывном управлении сигналы, поступающие от системы управления на распределитель, при работе привода изменяются непрерывно. Соответственно непрерывно изменяется состояние распределителя, а также интенсивность потоков энергии, поступающей от распределителя к двигателю.

В приводах с импульсным управлением сигнал управления подается в виде последовательности импульсов, модулируемых (изменяемых) по ширине, амплитуде или частоте. Каждый импульс изменяет состояние распределителя скачком, что приводит к появлению импульсных управляющих воздействий на двигателе. Например, при широтно-импульсной модуляции импульсы е подаются с постоянной периодичностью, но имеют различную длину, в результате чего распределитель находится некоторую часть периода в открытом, а остальную часть периода в закрытом состоянии (рис. 9.1.4). Соотношение между длительностями указанных частей периода определяется системой управления в результате обработки текущей информации (рис. 9.1.4, а). Чем меньшую часть цикла распределитель находится в открытом состоянии, тем меньше будет средняя интенсивность пропускаемого распределителем потока первичной, энергии. Пульсация потока энергии в принципе может вызвать и пульсирующее движение привода.

4У>У*

1ЕД]

11П-п.гг.г .

п п п г

I I 1 I I I

I I

Рис. 9.1.4. Пришшп действия дискретных систем управления приводом:

а - широтно-импульсный (ДУ=У-Уос, Т - пороговое значение ДУ); - релейной (е=-1-1 при ДУ<-8 и г=-1 при ДУ>8, с - порог чувствительности)

Однако проявление пульсаций на двигателе сводится к минимуму, если он достаточно инерционен, т.е. не способен заметно реагировать на каждый кратковременный импульс отдельно.

При релейном управлении сигналы управления е и соответственно состояние распределителя изменяются скачком каждый раз, когда рассогласование между задающим сигналом и сигналом обратной связи Достигает некоторого достаточно малого порогового значения (рис. 9.14, 6).

Как при импульсном, так и при релейном управлении двигатель, обладающий фильтрующими свойствами вследствие своей инерционности, реагирует только на всю последовательность дискретных сигналов, которую в принципе можно заменить эквивалентным (по реакции двигателя) непрерывным (аналоговым) сигналом, предпочтение дискретному управлению часто отдают по причине простоты дискретных распределителей и стыковки их с цифровыми управляющими системами.

9.2. УРАВНЕНИЯ ДИНАМИКИ ПРИВОДОВ

В общем случае на динамику привода оказывают влияние динамические свойства всех его элементов (двигателя, передаточного механизма, распределителя, системы управления), а также алгоритм работы системы управления. Но в первом приближении можно принять, что скорость протекания процессов в распределителе и тем более в элементах системы управления значительно выше, чем в двигателе, который определяет в основном харак-

тер отработки приводом подаваемых на его управляющий вход сигаалов от системы управления. Искажение закона движения исполнительного органа машины вследствие упруго-стей звеньев и налргчмя зазоров в кинематических парах передаточного механизма также может бьпъ учтено на последующих этапах динамических исследований и использованием уточненных моделей привода.

С учетом принятых допущений динамические свойства двигателя могут быть представлены зависимостью, описывающей скорость изменения развиваемой двигателем движущей силы /д или движущего момента Mj(.

и -и -X

= с[п -п--ф),

(9.2.1)

где Cjc, - коэффициент жесткости двигателя или просто жесткость двигателя (не следует путать с жесткостью статической характеристики двигателя, рассматриваемой ниже); в общем случае Q или являются переменными величинами, как. например, жесткость гидро- или пневмоцилиндра является функцией в том числе положения поршня, от которого зависит длина столба рабочего тела х и давление р в полостях; х,ф - линейная скорость и частота вращения выходного звена двигателя. Величины П и П~ являются переменными; их физический смысл будет ясен из дальнейшего.

Общие выражения для Q, Сф, П , и П (табл. 9.2.1) получены для электропривода с двигателями постоянного тока (независимого и последовательного возбуждения), асинхронного и синхронного двигателей переменного тока, гидропривода объемного и дроссельного управления (вращательного и линейного движения), пневмопровода дроссельного управления.

Для гидравлических и пневматических двигателей двустороннего действия (с двумя рабочими полостями, расположенными по разные стороны поршня, лопасти) движущая сила (или момент)

(9.2.2)

где /д! и Fj2 движущие силы, создаваемые рабочим телом в результате давления на рабочий элемент двигателя с разных-сторон.

В этом случае вместо уравнения (9.2.1) имеем

=д1 -д2

2=х1,2(п;,2-ПГ,2±4

(9.2.3)

Для двигателей вращательного движения запи-сьтаются аналогичные вьфажения относительно моментов.

Поскольку каждая из составляющих F

F2 представляется своим уравнением вида

(9.2.1), то в общем случае динамика двустороннего привода описывается системой уравнений, имеющей порядок на единицу выше. Но при симметрии полостей и некоторых других допущениях повышения порядка уравнений можно избежать. Условиями симметрии

полостей являются: Qi = Q2, Oj = П2 и

П = Например, условие Cxi ~ Q2 дя гидропривода выполняется, если поршень гидроцилиндра находится вблизи среднего положения; для пневмоцилиндра необходимо, кроме того, чтобы в обеих полостях бьшо приблизительно одинаковое давление. Реализация

условий nj = П2 и П2 = П требует определенной симметрии распределительных устройств.

9.3. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИВОДОВ

Условие сохранения постоянства движущей силы двигателя имеет вид /д = О, что согласно (9.2.1) приводит к

П -П -л: = 0. (9.3.1.)

Если, кроме того, разность =АП=П -- П между потоками подводимой и отводимой энергии также постоянная (Е=Еу), то двигатель должен двигаться с постоянной (установившейся) скоростью

Ху = Пу - Пу = АПу = у. (9.3.2)

Отсюда следует, что Еу характеризует

мощность привода, приходящуюся на единицу развиваемой им движущей силы В частном

случае, когда Пу = Пу и, следовательно, Еу =0, Ху = О, т.е. двигатель находится в покое.

Разность Еу и определяемая ею установившаяся скорость зависят от двух основных факторов. Первый - это параметр управления е (см. табл. 9.2.1), изменением которого производится перераспределение потоков энергии