вия Ху=Хз независимо от величины К. Однако на практике ошибка всегда может иметь место, которая в обшем случае возрастает с уменьшением Кл. Причина ее появления - ряд факторов, неучтенных при получении уравнения (9.7.8), в частности сил сопротивления (включая и трения), которые могут меняться по сложным 3aKojiaM, влияние динамических и статических свойств распределительных устройств и т.д.

С другой стороны, возможности увеличения Kji ограничены в числе прочих и условиями устойчивости системы регулирования, которые в данном случае (для системы третьего порядка) записываются в виде

Ап<2С/7Ь.

(9.7.9)

При введении дополнительной обратной связи по скорости границы возможного увеличения Kji возрастают, поскольку

е = К - х) - Кх;

TqX + 2С TqX + (1 + А)х + А х = АХз;

где К = КК.

(9.7.10)

разность Хз-х достаточно велика и выражение е = К {х-х) формально превышает единицу (или другой верхний предел). Это означает, что распределительное устройство находится в состоянии насьпцения {е - \, см. рис. 9.7.2), причем это состояние сохраняется пока Х3-Х не станет меньше некоторого критического

значения Ах , т.е. х >х (где х значение х *

соответствуюшее Дх ). На этапе движения, когда распределительное устройство находится в состоянии насыщения, переходный процесс в позиционном приводе описывается уравнением

.2...

Тх + 2Срс+х = Кх ,

(9.7.12)

а после прохождения точки х=х начинается активная работа регулятора и процесс протекает согласно уравнению (9.7.8). Такое же деление процесса позиционирования на две фазы имеет место и в случае наличия дополнительна обратных связей по скорости и ускорению. Однако переход от одной фазы к другой протекает в этих условиях в момент времени, когда выполняется равенство

е = К

Сопоставление условий устойчивости (9.7.9) и (9.7.10) показывает, что значение Ац в последнем случае может быть выбрано в (1+А) раз больше, чем в первом.

Подобно рассмотренной вьпие системе управления скоростью привода, введение еще одной обратной связи по ускорению приводит к дальнейшему улучшению динамики и точности позиционного привода за счет повышения демпфирующих свойств и расширения пределов возможного увеличения Ai,:

= An (хз - х) - Ах - АуХ; Tqx + {lC,TQ+KyY+{\ + К)х + Кх = Кх; LL

- Ах* - а;х* = 1,

где X , X их - критические значения х, х и X , набору которых соответствует е=\.

В принципе возможны многократные переходы от одной фазы движения к другой, от движения в режиме насьпцения распределительного устройства в режим активной работы регулятора, и обратно, причем наборы значеНИИ X , X их, приводящих к е=\, могут бьггь различными.

(9.7.11)

Рассмотренные уравнения динамики переходного процесса позиционного привода (9.7.8), (9.7.10) и (9.7.11) описывают этот процесс в линейном приближении, т.е. при отно-cHTejttHO малых отклонениях переменных от их установившихся значений. Однако на практике позиционный привод чаще всего отрабатывает большие перемещения или углы поворота, когда на начальных этапах движения

Рве. 9.7.3. Структурная схема сисгемы управления с последователыплми обратными связями

Система управления позиционным приводом с последовательными обратными связями 00 положению, скорости и ускорению. Такая

система называется системой подчиненного регулирования (рис. 9.7.3). Здесь Рп-. и /у - пропорциональные регуляторы по поло-

СРАВНЕНИЕ ПРИВОДОВ РАЗНЬЕХ ТИПОВ

жению, скорости и ускорению, функционирующие согласно

(9.7.13)

где Ку1-КддКул, ККдКу, Ку=КдуКуу1 Кд -коэффициенты передачи соответствующих датчиков; Ку- коэффициенты усиления регуляторов.

Роль задающего сигнала для /ск играет сигнал с выхода Р, а для Ру - сигнал с выхода Рск

Схема подчиненного регулирования широко используется в первую очередь в позиционных электроприводах. Ее преимуществом является автоматизагщя процесса отработки больших перемещений или углов поворота выходного звена двигателя, сочетающаяся с простотой настройки предельных скорости и ускорения. В целях упрощения схемы управления позиционным электродвигателем обычно вместо регулятора ускорения применяют регулятор тока якоря, который относительно просто измеряется и является в определенных условиях близким аналогом ускорения.

Схема подчиненного регулирования работает следующим образом. Когда в начальный момент разность х-х достаточно велика, Pji сразу входит в состояние насыщения и с его выхода вьщается сигнал, соответствующий Поскольку в начальный момент скорость двигателя также мала, то разность х - X превышает критическое значение и с выхода Pcti подается сигнал ск~1 соответствующий /3 (где /3- задающий сигнал тока в якоре). В результате регулятор тока поддерживает его текущее значение на уровне /3, обеспечивая разгон двигателя с постоянным (при постоянной нагрузке) ускорением.

Когда скорость двигателя приблизится к параметр управления ск уменьшится и будет находится вблизи значений, обеспечивающих изменения / таким образом, чтобы скорость оставалась близкой к 3 при всех возможных возмущениях в системе. При подходе к точке x=Xj начнет выходить из состояния насыщения Рц, в соответствии с уменьшением ei начнет падать х и скорость двигателя. В результате вся система переходит в режим активного позиционирования, когда работают все регуляторы, вплоть до остановки двигателя в заданной точке.

В реальных условиях часто приходится применять регуляторы более сложной структуры, чем рассмотренные вьпые пропорциональные регуляторы. Однако принцип действия подчиненной системы управления при этом сохраняется тем же.

9.8. СРАВНЕНИЕ ПРИВОДОВ РАЗНЫХ типов

Различают случаи, когда выбор типов привода жестко предопределен каким-либо одним или несколькими решающими факторами и когда остается возможность анализировать и сопоставлять различные альтернативные варианты. И в том, и в другом случае на первых этапах принятия решений целесообразно обратиться к данным табл. 9.8.1, в которой приведены группа факторов, характеризующих приводы различных типов, в виде сравнительных оценок (+1 - наилучшая; О - средняя; -1 -наихудшая). Удельный показатель мощности IV или движущей силы (вращающего момента), приходящейся на единицу массы двигателя, - это характеристика массы и габаритов двигателя. Предел повьппения IV ограничен физическими свойствами двигателя. Для гидро- или пневмодвигателя величина определяется в основном давлением рабочей жидкости. В гидроприводах оно доходит обычно до 15 МПа, реже до 100 МПа, но может бьггь и выше этих пределов. Давление сжатого воздуха редко достигает 1 МПа и обьршо не превьппает 0,5...0,6 МПа. Лучшие значения Wддя гидро- и пневмоприводов (по сравнению с электроприводами) объясняются тем, что для превращения энергии рабочей жидкости в механическую работу достаточно образовать герметичную камеру (или несколько таких камер) с подвижной стенкой (поршнем, лопаткой, зубом шестерни и т.п.), перемещающейся под действием давления в камере и передающей движение на выходной орган двигателя.

Вращающий момент в электродвигателе -результат сложного взаимодействия элекфи-ческих и магнитных полей, создаваемых обмотками и массивными сердечниками, которые оказываются заметно более тяжелыми и громоздкими по сравнению с. рабочими камерами гидро- и пневмодвигателей. Поэтому для обычных элекфодвигателей значения W намного ниже, чем для пневмо- или гидродвигателей. Переходом на редкоземельные магнитные материалы удается поднять показатель W электродвигателя до уровня, соответствующего гидродвигателю низкого давления. Дальнейшее повышение показателя IV электродвигателей связано с использованием эффекга сверхпроводимости (в будущем).

9.8.1. Качественные сравнительные оценки приводов различных типов

Численные значения W и КПД вращательных двигателей различных типов (без учета редуктора) представлены в табл. 9.8.2. При учете редукторов распределение сравнительных

оценок по W по приводам различных типов сохраняется, но значение изменяются. Так, для приводов мощностью до нескольких кило-ватг характерны следующие значения W: с электрическими двигателями 0,003...0,06 кВт/кг; с гидродвигателями 0,05...0,6 кВт/кг; с пневмодвигателями О, 03...0,1 кВт/кг.

По экономичности (КПД) электропривод занимает лидирующее положение, поскольку в нем отсутствует двойное преобразование энергии, как в гидро- или пневмоприводе, где электрическая энергия сначала преобразуется в насосном агрегате или компрессоре. Кроме того, методы управления элеетроприводом отличаются большей экономичностью.

Наиболее часто используемый метод управления гидро- или пневмоприводом - это дросселирование потоков рабочего тела. При этом методе уменьшение движущей силы двигателя и его скорости достигается уменьшением проходных сечений каналов. Вызываемое дросселированием снижение давления перед двигателем и повышение давления за ним связано с перепадом части энергии, получаемой от источника, в теплоту, а также с дополнительными затратами энергии на преодоление повьппенного противодавления.

Более эффективными являются другие методы, исключающие дросселирование потоков рабочего тела полностью или частично. К ним относятся понижение давления питания до уровня, определяемого в каждый момент нагрузкой потребителя; переходом на объемное управление, когда насос подает ровно столько рабочей жидкости, сколько необходимо для получения заданного движения. Однако объемные системы регулирования более инерционны, чем дроссельные, и поэтому последние продолжают широко применяться.

Объемное управление пневмоприводом практически не нашло применения, хотя известны единичные примеры, когда движение пневмодвигателя регулируется подачей воздуха в рабочую полость и удалением его из этой полости мерными порциями.

При управлении электродвигателями в настоящее время редко используются методы, связанные с переводом части энергии источ-

9.8.2. Значения удельной моощости и эффективности вращательных двигателей различных типов

Показатель

Удельная мощность W, кВт/кг

электрический

0,02...0,2 0,7...0,9

Привод

гидравлический

0,5...1,0 0,7...0,8

пневматический

0,3...0,4 0,05...0,2